2010年3月19日沙尘暴期间甘肃民勤地区近地表的湍流性质

首次给出沙尘暴期间近地面8, 16, 32和47 m四个高度50 Hz的三个方向风场长达12 h的实时同步记录. 测量结果发现: (1) 47 m以下各个高度处的平均垂向风速都一直表现出很大的正值, 说明在沙尘暴期间存在着显著的上升气流; (2) 近地面8 m处的垂向风速始终大于16 m和32 m处的值, 说明近地面风场的对流运动更为强烈; (3) 在沙尘暴水平风速达到最大时, 近地面8 m处垂向风速有所降低, 但其标准差则达到最大, 表明在沙尘暴风速最大时近地表风场的对流有所减弱, 但风场的脉动强度却明显加强, 由此更容易引起地表沙尘的上扬. 分析结果还表明, 此次沙尘暴期间各高度的水平和垂向的标准差均随来流风速的增大而增大, 而侧向风速的标准差则基本上不随来流风速的增大变化. 将计算得到的20 min水平、垂向和侧向的脉动风速的偏度和峰度的值平均后的结果表明, 水平、垂向和侧向风速的脉动特征有着明显的差异, 并且它们的脉动特征随高度的变化而不同, 这也表明了进行近地面多点同步三维测量对于揭示沙尘暴三维风场的结构是非常必要的.     

塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了探讨重大工程的生态环境效应,从风沙环境、土壤环境、小气候、生物多样性和地下水环境5个方面对塔里木沙漠公路防护林工程的综合生态环境效应进行了研究.结果表明:(1)防护林改变了近地表风沙运动过程,防沙体系内风速、输沙率降低幅度分别达64%~80%和87.45%~99.02%,风沙流结构、沙物质粒度、地表蚀积状况也发生了明显变化;(2)与自然流沙地相比,防护林土壤容重减小,全盐含量、总孔隙度和含水量增大,土壤肥力质量明显提高,其变化基本呈现"先快后慢"的规律;(3)防护林对于小环境改善作用明显,距地面6m范围内,林地不同高度的空气温度普遍低于自然流沙地,而空气湿度则高于自然流沙地,林地土壤温度也低于自然流沙地;(4)随着防护林内生境的变化,土壤微生物种类显著增加,但不同种类微生物的种群分布并不均匀;(5)目前防护林灌溉抽水对地下水位、地下水矿化度的影响不大,水位在厘米级范围波动,矿化度的变化幅度在±1g·L-1左右,且没有明显的变化趋势.     

亚洲大陆沙尘过程与北太平洋地区生物环境效应:以2001年4月中旬中亚特大沙尘暴为例

“铁肥料效应”的验证一直是研究全球变化的热点问题. Bishop等在2001年4月观测到中亚沙尘越过北太平洋PAPA地区引起了该区海洋生物大幅增长的事实, 为“铁假说”的成立提供了自然状态下最有力的沙尘-海洋过程生物环境效应证据. 我们通过分析2001年4月中亚大陆强沙尘暴源区的中国大陆、沙尘远程传输区的韩国、日本及更遥远的美国的地面同步PM10观测资料以及同期在北太平洋地区海洋表层进行的有机碳和叶绿素观测资料, 结合气象诊断和TOMS卫星气溶胶指标的分析, 从大陆沙尘过程分析表明沙尘浓度由源地随着传输距离的增加而呈指数衰减, 估算这场强沙尘暴过程可以为北太平洋PAPA地区带去3.1~5.8 μg/m³的风成Fe, 导致了Bishop海洋实验过程中观测到了海洋生物的急剧增长, 从而从大陆沙尘过程方面为“铁假说”在自然状态下的成立补充了更详细的证据.     

我国北方沙尘暴的时空分布特征及成因分析

沙尘天气是干旱及半干旱区特有的一种灾害性天气 ,我国西北和华北是沙尘天气的高发区之一 .近年来 ,随着强沙尘暴活动的日趋频繁及其危害的日益严重 ,对我国沙尘暴活动特点及形成原因的研究具有十分重要的意义 .本文从我国北方沙尘暴的时空分布特征、形成原因及危害和防治几方面 ,对沙尘暴这一灾害性天气的最新研究进展进行了较全面的论述 .     

塔里木沙漠公路防护林生态稳定性研究

塔里木沙漠公路防护林横穿塔克拉玛干沙漠, 利用3~30 g·L^-1地下咸水灌溉, 风沙、高温、盐分等多种胁迫因子影响人工生态系统的持续和稳定. 通过对多种胁迫下人工防护林的结构特征(包括生产力、更新能力、生物多样性等)和功能特征(生物地化循环, 如: 防护林土壤生理生化特性、地下水)的变化研究, 探讨防护林与环境之间的相互关系. 在此基础上, 将决策分析引入塔里木沙漠公路防护林稳定性研究, 筛选出影响防护林系统稳定性的障碍因子, 建立沙漠公路防护林稳定性的综合指标体系, 评价防护林稳定性, 并将生态稳定性概念应用于生态系统管理. 研究表明: 现阶段防护林塔里木沙漠公路防护林系统处于相对脆弱状态, 气候条件是系统稳定的主要干扰因素, 但能够通过人工措施改善沙漠公路防护林系统的环境质量, 增加了系统的稳定性.     

旦夕祸福话灾害

2002年3月18日傍晚,我国北方大部分地区自西向东经历了1990年代以来最强烈的一次沙尘暴.从3月18日到20日三天里沙尘暴席卷我国北方140万公里2,影响人口达1.3亿.首都北京也被沙尘暴笼罩,黄天厚土,落下了3万吨沙尘,人均分摊3公斤,随着沙尘主体东移,我国南方地区也受到波及,南京、上海、杭州等地春天的和风日丽不见了,代之以纷纷扬扬的泥浆雨.3月31日,我国宝岛台湾又发生了7.5级大地震,造成了大量的人员伤亡与财产损失.     

话说沙尘暴

今年"两会"期间,沙尘暴再临北京,之后我国北方地区又不断地遭受到沙尘暴的袭击.风沙天气使人们深受其苦,风沙中行走的人们举步维艰,妇女们十几年不用了的包头纱巾又重现街头;呼和浩特市的妇女甚至要在沙巾里加大口罩,上班族回家的第一件事就是把衣服、头发、耳朵、嘴巴以至眼睛里的沙尘弄出来.沙尘严重地污染了空气,华北诸省的空气污染指数均高达5级以上.     

川北防护林区地质背影岩土系统的非均衡映射

本文通过对四川盆地北部防护林区岩土系统研究，从物质，能量，信息流角度论证了岩土演化的综合效应。     

沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望

沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997～2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.     

新一代沙尘天气预报系统GRAPES_CUACE/Dust: 模式建立、检验和数值模拟

基于中国气象局数值预报基地研发的新一代全球/区域同化、预报系统(GRAPES)的中尺度预报模式(GRAPES_meso)和中国气象科学研究院大气成分中心开发的大气化学模块(CUACE/dust), 建立了中国沙尘天气预报系统(GRAPES-CUACE/Dust). 该系统引入了中国地区最新的土地沙漠化资料、中国沙漠沙尘气溶胶的光学特性资料、逐日变化的土壤湿度和雪盖资料. 模式质量守恒性能良好. 将批量实时预报结果与地面天气观测和臭氧分光计反演的气溶胶指数(TOMS AI)的对比表明: 模式能够比较准确地预报中国以及东亚地区沙尘天气发生、发展、输送以及消亡过程, 能够对起沙量、干、湿沉降量、沙尘浓度以及沙尘光学厚度等一系列要素进行实时定量预报. 以2006年4月7次主要沙尘天气为例, 分析了起沙和干、湿沉降以及沙尘大气载荷的时空分布等特征. 结果表明, 2006年4月东亚地区沙漠向大气中注入沙尘总量约为2.25亿吨, 沙尘排放以下面三大源区为主: 中国北部内蒙古和中蒙边界附近沙漠为东亚沙尘最重要的排放源, 沙尘排放量为1.53亿吨, 占排放总量的68%. 塔克拉玛干沙漠沙尘排放量位居第二, 将近4000万吨, 占沙尘排放总量的17%, 浑善达克沙地排放量约为1500万吨, 占排放总量的7%. 其他地区的沙漠、沙地以及废弃的耕地等的沙尘排放量之和只占沙尘排放总量的8%. 2006年4月东亚地区沙尘沉降总量为1.36亿吨. 沙尘沉降的区域分布表明, 三大沙漠源区同时也是沙尘的主要沉降区, 三大源区的沉降量大约占沉降总量78%, 共1.35亿吨的沙尘在三大沙漠源区沉降, 其次是源区下游的中国大陆地区, 沙尘沉降为沉降总量的16%, 大约200多万吨. 120ºE以东的中国近海、韩国、日本以及西太平洋地区沉降量只占总沉降量的6%左右, 约85万吨. 干、湿沉降的分析表明, 由于4月中国北方地区干燥少雨, 在2007年4月的沙尘沉降总量中, 以干沉降为主, 大约占沉降总量的94%, 湿沉降只占沉降总量的6%左右.     

沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律, 选取 2001 年春季发生的3 次典型沙尘暴为例, 利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传 输模型, 模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能 影响. 研究结果表明, 在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中, 由于 该地区太阳高度角逐渐增大, 导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低 甚至转变为正强迫. 具体表现为: 在地表反照率低的海洋上空, 春初到春末太阳高度角的增 加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小, 即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降 温作用; 在地表反照率较高的沙漠及其周边地区, 春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在 大气顶辐射强迫由负值转变为正值, 即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温. 云天辐射强 迫的研究结果与晴空类似, 但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率, 它一方面 使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前, 也导致 了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显, 甚至局部地 区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫. 这一研究结果说明, 在东亚沙漠附近地区, 即便是同等强度的沙尘暴事件, 因为发生的日期不同, 太阳高度角不同, 沙尘层在大气顶的 辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反. 沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季, 在沙漠附近, 沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值, 对地气系统表现为降温作用, 沙尘暴发 生时间越靠近春末或夏季, 由于太阳高度角的增大, 沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫, 对地气系统表现为增温作用. 简而言之, 即在东亚沙漠源区附近, 沙尘直接辐射效应可能呈 现“春初(冬季)降温, 春末(夏季)增温”的特征.     

塔里木沙漠公路防护林的温度和湿度效应研究

在塔克拉玛干沙漠腹地采用多个HOBO温湿度自动观测仪器进行同步观测的方式,对极端干旱区防护林小气候中的气温、湿度分别进行了水平和垂直两个尺度上的观测.结果表明:沙漠公路防护林生态系统具有稳定近地层空气气温和提高空气湿度等典型的小气候调节作用.太阳辐射对防护林温湿度影响显著,辐射强度的大小与气温呈正相关,与空气湿度负相关,在阴天时林带保温保湿效果明显;防护林对周围环境的影响较显著,防护林带内小气候具有降温保湿的特征:林内气温总是小于原始沙地,林内湿度总是大于原始沙地,林边气温升降幅度大于原始沙地,林边湿度总是大于原始沙地.并且计算得出防护林垂直影响范围温度4~10m,湿度6~8m;水平影响范围温度16m,湿度24m左右.     

恶梦重来的沙尘暴

狂沙袭来 今年3月20日,我国西北、华北、东北地区经历了一场可怕的沙尘暴。它波及新疆、甘肃、陕西、山西、河北、内蒙、吉林、辽宁等省、自治区,一直前冲到朝鲜半岛和日本。北京地区经历了10年来最罕见的沙尘暴,行人呼吸困难;西安沙尘滚滚,下着泥雨;干旱的山西不但深     

塔里木沙漠公路防护林植物水分状况

塔里木沙漠公路防护林生长于极端干旱的塔克拉玛干沙漠中,防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题.利用茎流计测定了塔里木沙漠公路塔中段3种防护林植物的茎干液流,研究了防护林植物茎干液流规律、水分状况和现行灌溉模式下植物的耗水量,探讨了防护林灌溉管理中的节水问题.对茎干液流测定结果表明,防护林植物茎干液流具有明显昼夜节律性,液流的高峰值出现在白天10:00~15:00,最小值出现在00:00~03:00,夜间也保持较小的液流.3株直径1.9~2.0cm乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)在生长季的日平均茎干液流速率分别为67.2,77.05和61.54g·h-1;茎干液流受环境因子影响而波动,太阳辐射、风速、气温、相对湿度和植物茎干液流有显著相关性.8年生沙拐枣、柽柳、梭梭植株年耗水量分别为1937.80,1253.39和1026.96kg,日平均耗水量分别为9.69,6.27和5.13kg.滴灌条件下,防护林带内土壤含水量在各个月份变化不大,土壤含水量充足,防护林植物清晨...     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

沙尘暴

1993年初夏，一场特强沙尘暴席卷了新疆、甘肃、内蒙古、宁夏四省区40多万平方公里的地区。目睹这场灾难的人们被其强大的破坏力惊呆了：刚刚还是湛蓝的天空，突然间从西北方向涌出了像原子弹爆炸时的“蘑菇云”。仅仅20分钟后，狂风呼啸，夹杂着沙尘铺天盖地袭来。顿时，天空变得一片漆黑，伸手不见五指，地面风力达10－12级，风速高达每秒30米。这场沙尘暴一路理压农田。村庄、11矿、铁路、公路、水源，合抱之粗的大树被拦腰折断，房屋被揭瓦掀顶，连电线杆也被截断。来不及躲避的人畜无法择路逃跑，只得身不由己任其驱赶。那场风暴造成了…     

睁眼细看沙尘暴

2006年3-4月我国北方地区的天气是怎么了?一次次气势汹汹的沙尘暴呼啸而来,比以往提前了半个月,而且持续时间也长。 4月17日早晨,当北京居民推开窗户或出门时,发现北京城笼罩在黄尘“外衣”之下,真是满城尽“戴”黄金甲。这次北京“下土”超30多万吨,全市重度污染。历史上,北京平均每年有 6天沙尘天气,但今年沙尘天气过     

祝融号火星车巡视区2022年沙尘暴活动趋势初步分析

作为我国首次火星探测任务天问一号的重要部分,祝融号火星车于2021年5月15日着陆在乌托邦平原南部,22日成功驶离着陆平台,开展科学探测工作.目前,火星已经进入沙尘暴多发季节,而祝融号所处区域——乌托邦平原南部则是火星季节性沙尘暴的高发区.利用火星全球沙尘光学厚度的历史数据,本文分析了第24～35火星年(1998～2021年)的全球沙尘暴发生特征,对当前和未来一段时间内祝融号巡视区沙尘暴的活动趋势进行了预测.分析结果表明,祝融号巡视区在2022年3～12月可能出现强沙尘暴,对祝融号的探测工作可能造成显著影响.火星的探测研究是国家战略和科学前沿,火星沙尘暴的分析和预测是行星科学界与探测工程界共同关注的重大问题,需要更多学者尽快对此开展更广泛、更深入的研究.     

沙漠腹地咸水滴灌条件下沙漠公路防护林根系垂直分布特征

对地处塔克拉玛干沙漠腹地咸水滴灌条件下不同林龄、不同立地条件的公路防护林体系内的根系分布规律进行研究.根系采集采用株侧分离根系的土柱法.研究结果表明:(1)土壤质地不同,根系分布存在较大差异,在板结沙地,根系主要集中在0~40cm土层中,在平沙地和沙垄地,植物根系分布深,其次是黏土地,在单位体积的土柱中,平沙地根系最多,其次是沙垄地和黏土地;(2)坡向不同,植物根系的分布存在差异,阳坡的根系总量大于阴坡的,且比阴坡的根系分布深,但毛根少于阴坡的;(3)随着林龄的增加,防护林根系总重量明显增加,在定植初期根系总重量增加明显,随着定植年限的增长,根系总重量增加幅度不断减少.     

中国北方的典型强沙尘暴事件(1954~2002年)

利用1954~2002年全国681个气象站的逐日观测资料, 以天气过程为单元给出了近49年中国北方典型强沙尘暴的序列, 并初步分析了中国北方强沙尘暴的时空分布和演变趋势. 结果表明: 1954~2002年, 中国北方共出现了223例较为典型的强沙尘暴事件, 其中1979年4月10~12日的强沙尘暴事件的影响范围最大; 与沙漠、沙地的地理分布和入侵我国的强冷空气的路径密切关连. 强沙尘暴的多发区域主要位于南疆盆地、西北地区东部和华北地区北部; 强沙尘暴的多发季节为春季, 约占全年的82.5%, 冬季次之, 夏、秋季较少; 49年间, 强沙尘暴的发生次数以20世纪50年代最多, 90年代最少, 呈波动减少趋势, 但2000~2002年又相对增多; 强沙尘暴的平均持续时间以20世纪90年代最短, 比其他年代约短0.5~1 h.