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《兰州大学》 2011年
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起沙与沙尘天气规律研究

赵建华  
【摘要】:沙尘天气对对气候、大气动力场和热力场、辐射、云微物理学与碳循环产生影响外,还对生物生长、海洋温盐环流、环境、人体健康、工农牧业以及交通运输业等产生一定影响,它涉及到风沙物理学、气象学、电学、病理学以及海洋科学等多个学科,因而研究起沙与沙尘天气的特征规律具有重要意义。 通过对包括气温与沙尘天气以及沙尘PM1o浓度的关系、沙尘天气中气温、压强与浓度的规律、沙尘大气状态方程、沙粒起动的顺序问题、沙粒垂直上升的规律问题、沙丘运动形态问题、冲击起沙问题、气动力起沙问题、沙尘数值模式的发展与改进、沙尘浓度同化对沙尘预报的影响、沙尘暴的起沙机制、两相流下沙尘大气物理约束方程组的推导、两相流下沙尘大气具有的特征与规律、两相流数值模式的建立以及该模式的理想试验等方面的研究,得到了以下结论: (1)气温和沙尘天气的关系大致有降温型(沙尘天气与降温相伴)、升温型(沙尘天气与升温相伴)和混合型(沙尘天气发生过程中,既有降温又有升温)三种。其中,以降温型和升温型比较常见,而混合型少见。 (2)气温与沙尘PM1o浓度、两者5分钟间隔差以及两者24hr间隔差等均存在非常显著的相关关系。沙尘天气倾向于出现在温度较高的条件下。较强的沙尘天气(浓度2000μg/m3)下的气温和浓度各自相邻两日日平均差的统计关系表明,较强的沙尘天气往往伴随降温天气。 (3)气温、气压和浓度各自在沙尘天气开始、最强和结束三个时刻呈现出非常显著的相关关系,暗示了沙尘云与其演化中存在一定的结构。 (4)有沙尘和无沙尘时温压密度的统计关系不同,可能会使得在等压面与等温面上夹卷加强,并且可能会使得不同等温面与等压面上沙尘云形态不同。 (5)利用温压浓度的统计关系,得到了统计意义上的沙尘大气状态方程。 (6)在拖曳力与沙平面坡度一定的情形下,最容易起动的是小粒径沙粒。在拖曳力和粒径一定的情况下,最容易起沙的地方依次是:上凸脊的拐点、斜面上的凸点、沙面上的极大点和斜面上的点、水平面、沙谷中的点。 (7)提出了沙丘的滑化运动、缩移运动与持相运动。 (8)沙粒起动与垂直上升的有力条件是:上升运动、大风、沙粒与水平风同符号的转动和与水平风反符号的涡度场、不稳定大气以及强切变。 (9)借助于电子的跃迁模型,提出了冲击起沙的跃迁模型。该模型的基本思想是,沙粒冲击沙床时,能量会沿冲击点向床面上周围粒子扩散,当某一粒子获得能量大于跃迁所需要的能量时,粒子即发生跃出;多余的能量将转化为该粒子的跃出初动能。基于该模型,采用了吸收系数法和输送方程的方法,推导出了两维和三维情况下冲击起沙的粒子数、跃出初动能和冲击坑的形状。 (10)提出了沙源地表和大气中存在的气体交流是气动起沙的内在机制。 (11)对沙尘模式GRAPES_SDM进行了landuse反演和土壤湿度反演,增加了雪盖,采用Barnes方法和沙尘同化系统为模式产生沙尘浓度的初值。 (12)个例显示,采用沙尘浓度同化可以对沙尘落区和沙尘浓度的演化有一定的改善作用,而且连续同化结果要优于一次同化。 (13)通过利用GRAPES_SDM模式对一次夏季沙尘暴过程进行数值模拟研究了沙尘暴的起沙机制,认为此次沙尘暴是水平低涡和其次级环流耦合而成的类似于Benard对流泡系统扫略沙源产生的。 (14)提出了完整的沙尘暴起沙的概念模型:涡泡经过沙源时,在其底部风速大于临界风速的地方,通过地气之间的气体交换,沙粒在气动与冲击两种方式作用下起动,然后通过湍流的相干结构(比如阵风或卷流)从近地面层进入到Ekman层中,接着通过Ekman层中的摩擦作用下产生的次级环流与热泡进入到垂直上升运动支中,再通过Ekman抽吸作用进入到自由大气,并随着涡泡的移动而移动,从而形成了沙尘暴天气。 (15)基于风沙两相流的相互作用和气块质量变化的观点,推导出了闭合的沙尘大气物理约束方程组。理想状况下分析发现:a.沙尘大气密度比同体积洁净大气大,一定程度上会减缓气块的运动速度;b.沙尘和空气间的速度差异会使得细粒子处于高流速区,而粗粒子位于低流速区;c.温度差异会使得沙尘在上升运动中充当热源,下沉运动中充当冷源,从而加强对流;d.沙尘大气质量定容热容会在等压面上诱发新的温度梯度,促进沙尘云边界处的夹卷;e.沙尘大气气体常数会在等温面上诱发新的气压梯度,促进沙尘云边界处的夹卷;f.质量变化会对气块密度、速度和温度造成较大影响.总之,沙尘云要比基于被动标量的方程组模拟出的更高大,内部对流更强,边界处夹卷更活跃,其水平运动更迟缓。 (16)建立了风沙两相流的数值模式,并基于此模式进行了理想试验。理想试验结果指出:相比于被动标量的模式结果,水平速度在低涡中心增速,在低涡中心外侧减速;2km高度以下位温增加、垂直运动增强,2-6kmm之间位温减少、垂直运动减弱,6km以上又促进垂直运动。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P445.4

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘树华, 刘新民,高尚玉;沙尘暴天气成因的初步分析[J];北京大学学报(自然科学版);1994年05期
2 郭学良,黄美元,洪延超,肖辉,周玲;三维冰雹分档强对流云数值模式研究Ⅰ.模式建立及冰雹的循环增长机制[J];大气科学;2001年05期
3 郭学良,黄美元,洪延超,肖辉,周玲;三维冰雹分档强对流云数值模式研究 Ⅱ.冰雹粒子的分布特征[J];大气科学;2001年06期
4 庄世宇,薛纪善,朱国富,赵军,朱宗申;GRAPES全球三维变分同化系统——基本设计方案与理想试验[J];大气科学;2005年06期
5 沈元芳;胡江林;;GRAPES模式中的坡地辐射方案及其对短期天气过程模拟的影响[J];大气科学;2006年06期
6 黄美元,王自发;东亚地区黄沙长距离输送模式设计[J];大气科学;1998年04期
7 张万诚,肖子牛,郑建萌;三维变分同化在一η坐标中尺度模式预报中的应用[J];高原气象;2005年01期
8 胡隐樵,光田宁;强沙尘暴发展与干飑线——黑风暴形成的一个机理分析[J];高原气象;1996年02期
9 张桂华,王立娟,袁美英,张礼宝,刘颖;3·20浮尘、扬沙天气成因及多普勒雷达速度强度图分析[J];黑龙江气象;2002年03期
10 屈建军,言穆弘,董光荣,张鸿发,俎瑞平,拓万全,赵爱国,肖正华,李芳,杨保;沙尘暴起电的风洞模拟实验研究[J];中国科学D辑;2003年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王金艳;沙尘模式优化与东亚沙尘天气量化分级研究[D];兰州大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈勇;沙尘气溶胶输送及其辐射反馈效应的数值模拟研究[D];中国气象科学研究院;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩剑宏,倪文,宋存义;河北坝上农牧交错区水资源优化配置探讨[J];中国农村水利水电;2003年08期
2 李栋梁,魏丽,蔡英,张存杰,冯建英,杨青,袁玉江,董安祥;中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望[J];冰川冻土;2003年02期
3 何清,杨青,李红军;新疆40a来气温、降水和沙尘天气变化[J];冰川冻土;2003年04期
4 纪飞,秦瑜;东亚沙尘暴数值模拟 Ⅱ个例分析[J];北京大学学报(自然科学版);1998年05期
5 胡克,吴东辉,杨德明,杨吉龙,陈姗;远源沙尘暴对城市生态环境影响的初步研究[J];长春科技大学学报;2001年02期
6 林纾,倪荣环,郭江勇;甘肃河东春季第一场区域性透雨日期的气候特征[J];成都信息工程学院学报;2005年03期
7 杨保,邹学勇,王周龙,董光荣,刘玉璋;气流中跃移颗粒的受力分析[J];地理科学;1999年05期
8 钱亦兵,吴兆宁,杨青,张立运,汪溪远;新疆准噶尔盆地沙尘天气的地表环境判别[J];地理学报;2005年06期
9 牛生杰,章澄昌,孙继明;贺兰山地区沙尘气溶胶粒子谱分布的观测研究[J];大气科学;2001年02期
10 胡泽勇,黄荣辉,卫国安,高洪春;2000年6月4日沙尘暴过境时敦煌地面气象要素及地表能量平衡特征的变化[J];大气科学;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张德宽;张尚印;;2002年沙尘天气及其影响分析[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“大气气溶胶及其对气候环境的影响”分会论文集[C];2003年
2 李宁;杜子璇;史培军;崔维佳;李春华;;沙尘风险度研究中数量化理论Ⅱ的应用[A];中国灾害防御协会风险分析专业委员会第二届年会论文集(一)[C];2006年
3 汪亚平;;胶州湾的沉积速率[A];第十三届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集[C];2007年
4 李明;杜继稳;高维英;雷向杰;;2006年4月9-11日北方大范围沙尘天气数值分析[A];陕西省气象学会2006年学术交流会论文集[C];2006年
5 高会军;姜琦刚;霍晓斌;;中国北方沙质荒漠化土地动态变化遥感分析[A];全国国土资源与环境遥感技术应用交流会论文文集[C];2004年
6 成天涛;吕达仁;陈洪滨;李占清;;浑善达克沙地沙尘气溶胶物理特性的观测分析[A];中国颗粒学会2004年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议文集[C];2004年
7 高卫东;;新疆土壤元素含量特征及其对沙尘气溶胶贡献分析[A];第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2007年
8 杨志东;陈长胜;;2001年4月吉林省主要风沙天气分析[A];第五届全国优秀青年气象科技工作者学术研讨会学术论文集[C];2002年
9 崔莲;李永振;李薇;陈知新;;飞机播撒液态二氧化碳对云的影响分析[A];大气科学发展战略——中国气象学会第25次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2002年
10 吕兰芝;李栋梁;;中国农牧交错带的气候特征与演变[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“农业气象与生态环境”分会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张洪刚;贝叶斯概率水文预报系统及其应用研究[D];武汉大学;2005年
2 包云轩;褐飞虱降落过程的动力气象学研究[D];南京农业大学;2005年
3 宋连春;西北干旱气候变化及其对全球变暖的响应研究[D];南京信息工程大学;2005年
4 周杰;河口粘性泥沙输运数值模拟[D];河海大学;2005年
5 汪亚平;胶州湾及邻近海区沉积动力学[D];中国科学院海洋研究所;2000年
6 贾建军;小型潮汐汊道系统的沉积动力过程与演化[D];中国科学院海洋研究所;2001年
7 周新民;水沙两相流湍流模式及其应用[D];四川大学;2002年
8 陆永军;三维紊流泥沙数学模型及其应用[D];南京水利科学研究院;2002年
9 祁建华;青岛地区大气气溶胶及其中微量金属的形态表征和干沉降通量的研究[D];中国海洋大学;2003年
10 吴德安;江苏辐射沙洲水道潮流及悬沙动力研究[D];南京师范大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王新艳;北京市居民对京津风沙源治理工程环境价值的支付意愿研究[D];中国农业大学;2005年
2 殷芙蓉;浮尘对冬小麦生理及产量和品质的影响[D];湖南农业大学;2006年
3 樊明月;初始扰动对对流云发生发展影响的数值模拟研究[D];南京信息工程大学;2007年
4 吴桂锋;沙尘暴对人体健康影响研究[D];吉林大学;2005年
5 李萼;降尘对棉花生长发育的影响[D];湖南农业大学;2005年
6 冯伟忠;海洋倾倒区抛卸疏浚泥悬沙输移扩散模拟研究[D];中国海洋大学;2005年
7 王晓飞;阴山北部地表土壤颗粒大小分布模型的探讨[D];内蒙古农业大学;2005年
8 程兴宏;北京城市街区PM_(10)时空分布特征的综合观测研究[D];中国气象科学研究院;2005年
9 王超;沙尘模式中湿沉降过程的参数化及模拟试验[D];中国气象科学研究院;2005年
10 凌士兵;沙尘气溶胶影响区域降水的数值研究[D];南京信息工程大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张晓龙,张艳芳,赵景波;近年来中国沙尘暴发生特点、成因及其防治对策[J];干旱区资源与环境;2001年03期
2 王静爱,徐伟,史培军,武双情,顾晓鹤,温庆可;2000年中国风沙灾害的时空格局与危险性评价[J];自然灾害学报;2001年04期
3 冯建森,盛洪英;浅谈河西走廊土地沙漠化的根源与防治[J];防护林科技;2004年01期
4 陈洪武,王旭,马禹;大风对新疆沙尘暴的影响[J];北京大学学报(自然科学版);2003年02期
5 赵德山,王立治,洪钟祥;冷锋过境时的边界层阵风结构分析[J];大气科学;1982年03期
6 胡泽勇,黄荣辉,卫国安,高洪春;2000年6月4日沙尘暴过境时敦煌地面气象要素及地表能量平衡特征的变化[J];大气科学;2002年01期
7 刘小红,洪钟祥;北京地区一次特大强风过程边界层结构的研究[J];大气科学;1996年02期
8 任阵海,高庆先,苏福庆,王耀庭,张志刚,杨新兴;北京大气环境的区域特征与沙尘影响[J];中国工程科学;2003年02期
9 申彦波,沈志宝,杜明远,汪万福;敦煌戈壁地表风蚀起沙量的计算[J];高原气象;2004年05期
10 李国翠;郭卫红;王丽荣;李红艳;;阵风锋在短时大风预报中的应用[J];气象;2006年08期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 郑晓静;黄宁;;风沙流中沙粒带电规律及其影响[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
【相似文献】
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1 卢西顺;沙尘对空气的污染与预报[J];陕西气象;2001年06期
2 李令军;北京沙尘天气污染利弊的个例分析[J];地学前缘;2002年02期
3 张丹梅;近50年阜新地区沙尘天气变化分析[J];辽宁气象;2003年02期
4 张利平;王春红;胡建军;;乌鲁木齐国际机场一次强沙尘天气分析[J];空中交通管理;2005年05期
5 郑新江,罗敬宁,陆文杰,潘锡元,董超华;2000年3-4月卫星监测沙尘天气分析[J];遥感信息;2000年02期
6 方翔,郑新江,陆均天,孙家民,屠志方,李梦先,王国胜,周卫东;2002年春季北京沙尘天气成因及源地分析[J];国土资源遥感;2002年04期
7 白鹤群;;北京消失的湖泊[J];地图;2006年03期
8 刘爱霞 ,周慧;我市开展沙尘天气监测预报及防治对策研究[J];天津科技;2001年05期
9 刘鸿雁,田育红,丁登;内蒙古浑善达克沙地和河北坝上地区不同地表覆盖类型对北京沙尘天气物源的贡献[J];科学通报;2003年11期
10 ;中国沙尘暴源区沙尘天气首次减少[J];草业科学;2009年12期
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1 李岩瑛;张强;薛新玲;王荣基;;民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究[A];第27届中国气象学会年会干旱半干旱区地气相互作用分会场论文集[C];2010年
2 杨维西;李梦先;;北京的沙尘天气及其治理[A];中国科协2002年减轻自然灾害研讨会论文汇编之十三[C];2002年
3 王敏仲;阮征;魏文寿;何清;葛润生;王娟;;风廓线雷达对塔克拉玛干沙漠沙尘天气的探测研究[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年
4 孙东霞;李江;朱蕾;;克拉玛依沙尘天气气候特征及成因分析[A];第27届中国气象学会年会灾害天气研究与预报分会场论文集[C];2010年
5 张恒德;宗志平;张金艳;;2009年4月下旬北方大范围沙尘过程的天气动力学诊断分析[A];第28届中国气象学会年会——S3天气预报灾害天气研究与预报[C];2011年
6 王宏斌;张镭;曹贤洁;张志薇;;利用A-Train卫星资料分析中国北方沙尘气溶胶空间分布的统计特征[A];第28届中国气象学会年会——S8大气成分与天气气候变化的联系[C];2011年
7 王华;刘伟东;陈淑玲;徐敬;;2004年春季北京沙尘天气的监测和预报[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
8 方丽娟;安晓存;陈莉;;哈尔滨春季沙尘天气及其对空气质量的影响[A];2004中国科协学术年会第十一分会场论文集[C];2004年
9 孙珍全;邵龙义;李慧;;沙尘期间PM_(10)与PM_(2.5)化学组分的浓度变化及其来源研究[A];第十届全国气溶胶会议暨第六届海峡两岸气溶胶技术研讨会摘要集[C];2009年
10 宋振鑫;;国家级沙尘天气数值预报业务系统[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 郑北鹰;今春我国沙尘天气为何减少[N];光明日报;2003年
2 记者 郭艳秋;今春天水为何没有沙尘天气[N];天水日报;2005年
3 记者朱隽;今春沙尘天气明显偏少[N];人民日报;2003年
4 记者赵永新;2003年沙尘天气明显减少[N];人民日报;2003年
5 记者 温雅莉;今春我国北方沙尘天气总体偏少[N];中国绿色时报;2008年
6 记者 姚润丰;沙尘天气明显偏少[N];新华每日电讯;2003年
7 记者刘毅、赵永新;今年北方沙尘天气日数有望减少[N];人民日报;2003年
8 曹冀鲁;北京:沙尘天气监控有新招[N];中国气象报;2004年
9 特约记者 郭继萍;气候变暖变湿 新疆沙尘天气明显减少[N];阿克苏日报;2009年
10 魏兴杰;内蒙古:今春沙尘天气少[N];中国气象报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵建华;起沙与沙尘天气规律研究[D];兰州大学;2011年
2 郭勇涛;沙尘天气对我国北方和邻国日本大气环境影响的初步研究[D];兰州大学;2013年
3 黄侃;亚洲沙尘长途传输中的组分转化机理及中国典型城市的灰霾形成机制[D];复旦大学;2010年
4 王琼真;亚洲沙尘长途传输中与典型大气污染物的混合和相互作用及其对城市空气质量的影响[D];复旦大学;2012年
5 袁薇;中国沙尘天气对区域环境影响的初步研究[D];兰州大学;2006年
6 陶健红;西北地区沙尘天气的气候特征及其影响研究[D];南京信息工程大学;2007年
7 金正润;中国和韩国沙尘天气过程与气溶胶物理特性对比研究[D];南京信息工程大学;2008年
8 姚文清;北京城市边界层低层湍流动力结构及其影响特征[D];中国气象科学研究院;2005年
9 冯鑫媛;兰州不同粒径颗粒物污染特征及沙尘天气对其影响的研究[D];兰州大学;2009年
10 佘峰;兰州地区大气颗粒物的化学特征及沙尘天气对其影响研究[D];兰州大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凤龙;长春地区沙尘天气监测与分析[D];东北师范大学;2010年
2 赵世强;兰州地区一次沙尘过程的观测与数值模拟研究[D];兰州大学;2011年
3 白雪;塔克拉玛干沙漠西缘沙尘天气过程中空气微生物群落多样性[D];新疆大学;2013年
4 周晶;新疆和田地区沙尘对居民健康影响的研究[D];新疆医科大学;2011年
5 申莉莉;中国典型天气系统影响下沙尘传输特征分析[D];中国海洋大学;2010年
6 高文康;沙尘天气环境质量影响研究[D];甘肃农业大学;2012年
7 康林;欧亚大气环流对中国北方沙尘天气的影响[D];兰州大学;2013年
8 王学强;内蒙古中北部沙尘天气的特征及其预测的研究[D];兰州大学;2011年
9 周成龙;塔克拉玛干沙漠腹地地表风沙动力热力参数观测研究[D];新疆大学;2013年
10 李崇;利用激光雷达观测资料研究沙尘气溶胶及其影响[D];南京信息工程大学;2011年
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