沙尘暴过程沙尘通量定量获取及起沙参数化的精细试验研究

沙尘天气形成的物理机制和起沙机理是定量描述和预报沙尘天气分布、强度、输送与沉降的基础之一，是沙尘暴研究最重要的课题之一，是关注和致力解决的科学难题之一。地-气间进行着动量、热量和物质的交换与输送，直接影响大气边界层的形成和发展，是影响沙尘进入大气的重要和关键因素，是理解沙尘暴起沙机制的重要基础。本申请针对沙尘暴过程起沙参量的定量和精细研究的不足，开展定量获取沙尘通量观测法研究，进行起沙过程阈值参量的精细确定，发现沙尘暴过程湍流触发信号，揭示沙尘暴起沙过程中湍流的影响和作用机理；分析不同粒径沙尘对沙尘通量和起沙阈值参量的影响和贡献，建立或改进沙尘暴起沙模式参数化方案模型，为起沙模块提供直接的观测验证和校准。本研究结果可为加深理解起沙机理提供参考，为研究沙源地区颗粒物谱分布提供宝贵的实测资料，为沙尘暴的预警和减灾防灾能力提供科学基础依据。

本申请针对沙尘暴过程起沙参量的定量和精细研究的不足，利用科尔沁沙地沙尘暴综合观测实验，开展沙尘通量不同方法定量获取的观测法研究，进行起沙过程阈值参量的精细确定，揭示沙尘暴起沙过程的湍流影响和作用机理，分析不同粒径沙尘对沙尘通量和起沙阈值参量的影响和贡献，改进沙尘暴起沙模式参数化方案。得到：沙尘暴过境前后湍流输送和能量演变特征，改进边界层顶卷夹作用和临界起沙参数可以较好地改善数值模拟结果，探讨起沙通量的时空演变特征及与气象要素和土壤环境的关系，建立包含动力作用的起沙通量参数化方案，给出浑善达克沙地、毛乌素沙漠、黄土高原、戈壁和科尔沁沙地等不同沙尘源区的临界起沙摩擦速度，给出区分局地起沙和非局地起沙的方法，给出沙尘粒径分布特征，讨论了湍流对流条件下的起沙机理。本研究结果可为揭示起沙参数化方案、提高沙尘暴的预警和减灾防灾能力提供科学基础，同时也为沙尘源区陆面过程参数化，特别是迄今为止报道很少的春季条件下的实况提供实际观测数据和分析结果。