塔克拉玛干沙漠腹地夏季大气边界层结构及其热对流泡的探测分析

Taklimakan desert is one of the main original regions of global dust storms which has serious natural environment and extremely drought climate. Contrasting with other regions of the world ,the range of flow desert is wide. And becauee of its unique land surface processes and boundary layer,it has important influence on regional and global climate and atmospheric circulation . The project is over the atmospheric boundary layer structure of flow desert, thermal convection mechanism, boundary layer formation mechanism,and the problem of its impact on the regional atmospheric circulation and environmental effect. Using devices such as the L-band sounding system, the wind profile radar, microwave radiometer to detect tests in desert hinterland. Combining with numerical simulation method, anglicizing dynamic and thermodynamic structure and evolution characteristics of thickness of desert hinterland atmospheric boundary layer in summer,finding out the rise and sinking speed, vertical spatial scale, duration, morphological changes and other microscopic characteristic of the desert thermal convective bubbles in summer ,proving the rule and physical mechanism of desert thermal convective movement in summer, quantitative analysising the formation of the crucial factors and its relative contribution of the desert deep convective boundary layer, revealing the formation mechanism of the taklamakan desert atmospheric boundary layer in summer. On this basis, further exploring the impact effects of desert deep convective boundary layer in summer on the regional circulation and atmospheric environment. The study can provide a scientific basis for regional climate simulation, disaster prevention and reduction and the sustainable development strategy.

塔克拉玛干沙漠自然环境严酷，气候极端干旱，是全球沙尘暴的主要起源地之一，流动沙漠范围广,与全球其他区域对比强烈,其陆面过程和边界层独特,对区域和全球气候及大气环流有着重要的影响。本项目围绕流动沙漠大气边界层结构、热对流机制、边界层形成机理及其对区域环流和大气环境的影响效应问题，利用L波段探空系统、风廓线雷达、微波辐射计等设备在沙漠腹地开展探测试验，结合数值模拟方法，分析沙漠腹地夏季大气边界层动力、热力结构及其厚度演变特征，研究沙漠夏季热对流泡的上升与下沉速度、垂直空间尺度、持续时间、形态变化等微观特征，探明沙漠夏季热对流运动规律与物理机制，定量解析沙漠深厚对流边界层形成的关键因素及其相对贡献，揭示塔克拉玛干沙漠夏季大气边界层形成机理。在此基础上，进一步探究沙漠夏季深厚对流边界层对区域（局地）环流和大气环境的影响效应。本项研究可为区域气候模拟、防灾减灾以及可持续发展战略提供科学依据。

塔克拉玛干沙漠自然环境严酷，气候极端干旱，是全球沙尘暴的主要起源地之一，流动沙漠范围广,与全球其他区域对比强烈,其陆面过程和边界层独特,对区域和全球气候及大气环流有着重要的影响。本项目围绕流动沙漠夏季大气边界层结构、热对流机制、边界层形成机理及其对区域环流和大气环境的影响效应问题，利用GPS探空系统、边界层通量塔等设备在沙漠腹地开展探测试验，结合数值模拟方法，分析了沙漠腹地夏季大气边界层动热力结构和厚度特征，分析了沙漠夏季边界层高度与陆面参数的关系，深入研究了沙漠晴空对流边界层结构、湍流通量廓线、热对流泡特征以及热对流运动规律，定量解析了沙漠深厚对流边界层形成的关键因素，探讨揭示了沙漠对流边界层的形成机制以及异常深厚边界层过程对区域环流的反馈作用和影响效应。本项研究可为区域气候模拟、防灾减灾以及可持续发展战略提供科学依据。主要结论和科学发现如下：（1）首次在塔克拉玛干沙漠塔中实施GPS探空科学试验，发现沙漠夏季高温背景下对流边界层最大厚度可超过5000米，进一步证实了中国西北干旱区夏季晴空存在超常厚度大气边界层现象。（2）塔克拉玛干沙漠对流边界层之所以发展得极其深厚，除了强烈的地表加热和大气动力因素外，还与夜间保留下来的残余混合层密不可分。（3）沙漠夏季晴空边界层中存在着有组织的热对流泡现象，热泡最大上升速度可超过4.0 m•s-1；热对流运动一般呈羽状和网状分布特征，在上升运动区周围伴随有大片的下沉气流。（4）地表感热和逆温层顶盖强度是控制和影响沙漠对流边界层发展的两个重要因素。（5）塔克拉玛干沙漠异常深厚大气边界层过程在次日夜间伴随有较强的偏东低空急流，最大风速可达到13.5m/s，偏东低空急流促使沙漠中西部低层大气产生显著的空气聚集和动力辐合上升运动，从而加强了500 hPa中层大气的辐散运动和反气旋环流的强度。（6）塔克拉玛干沙漠夏季异常深厚大气边界层过程对区域环流的影响主要存在于400hPa以下。