塔克拉玛干沙漠腹地近地层风温湿廓线观测研究

【摘要】： 塔克拉玛干沙漠是世界第二大流动沙漠,作为我国最大的沙漠,它即是内陆干旱区气候变化极为敏感的响应区域,也是我国沙尘、沙尘暴源地之一,对我国的气候和生态环境有着重要影响。到目前为止,由于塔克拉玛干沙漠腹地近地层梯度资料的缺乏,对于沙漠腹地近地层风、温、湿梯度变化特征极其垂直结构、空气动力学参数的研究几乎没有涉及。 本文正是利用目前世界上唯一深入流动沙漠腹地200km以上的塔克拉玛干沙漠腹地大气环境观测实验站——塔中80m观测塔梯度系统采集的2006年8月、10月以及2007年1月、4月四个月的梯度风、温、湿资料,并结合气象站的常规气象同步资料,首先对塔中2006年的夏季、秋季和2007年的冬季、春季的晴天平均风速、温度、湿度的日变化特征进行分析,结果表明:(1)平均风速日变化存在两个峰值和低值,大小和出现时间各季节有差异,近地层下层日间风速比夜间大,上层相反,中间层稳定,但上下层高度各季节有区别。(2)四季平均温度都是白天高,夜间低,这种变化趋势由地面向上减弱。(3)除冬季外,平均比湿白天持续减小,且越接近地面比湿减小幅度越大,夏季平均比湿相当于春季两倍,且日变化明显。 其次利用相同资料分析了塔中近地层晴天平均风、温、湿廓线特征以及对2007年4月春季典型晴天、阴天、浮尘和沙尘暴天气下的风、温、湿廓线特征进行对比分析,结果表明:(1)晴天平均风速白天随高度增加慢,夜间快;低层风速白天比夜间大,高层则白天比夜间小。(2)四季平均温度廓线表现为夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型等四种类型,早晚过渡时间四季各有不同,日最低最高温度出现时间四季则相差不大。(3)冬季夜间比湿随高度增大,整个80m近地层表现为逆湿状态,其他季节逆湿一般出现在0.5m-1m,1m-2m,32m-47m,63m-80m这四个层次上,各逆湿层出现的时间各季节有所差异。(4)阴天风速廓线与晴天相似,浮尘天气下白天近地层20m内风速随高度增大明显,沙尘暴爆发前风速增大,过境后减弱。(5)浮尘天气温度廓线变化幅度小,沙尘暴过境温度持续降低,各层温度变化幅度较一致。(6)阴天夜间32m以上高度都处于逆湿状态,浮尘比湿略小,沙尘暴过境是持续增湿过程,但随高度变化不大。 最后利用半经验理论和M-O相似理论对塔中沙漠腹地近地层风速廓线进行拟合,结果表明:(1)中性层结风速廓线适用对数律,非中性层结时用指数拟合相关性更好,层结越不稳定,n越小。(2)利用M-O相似理论,近中性层结适用“对数+线性”规律,根据实测资料得出φ_M随稳定度的分布,得到塔中沙漠腹地近地层稳定时的β_m和不稳定时的γ_m,夏季β_m和γ_m分别为4.6和16.4,冬季分别为2.6和19.3。