干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 近地面0-50m沙尘观测系统建立及民勤沙尘运动规律研究

Arid

	近地面0-50m沙尘观测系统建立及民勤沙尘运动规律研究
	赵明; 方峨天; 杨自辉; 詹科杰; 张应昌; 李爱德; 郭树江; 张锦春; 王强强; 王多泽; 常兆丰; 仲生年; 韩福贵; 黄宁; 满多清; 汪媛艳
完成单位	甘肃省治沙研究所
登记(发布)日期	2010
中文摘要	技术说明：项目建立了近地面0-50m沙尘观测系统,该系统由沙尘暴观测系统和风沙流观测系统组成。沙尘暴观测系统由沿主风方向建立在民勤绿洲、绿洲过渡带、沙漠三种下垫面条件下的3座50m高沙尘观测塔组成,3个塔间水平距离8.3km,形成50m×8.3km的观测研究断面。在50m垂直梯度上分19个层次(25m以下,2m一层;25m以上,4m一层)安装有风向跟踪滤袋式沙尘水平通量仪、灯芯式沙尘垂直湿收集仪、气溶胶浓度仪和梯度风速、风向传感器(其中风向传感器分3层)。风沙流观测系统以绿洲过渡带和沙漠的沙尘观测塔为中心,在地面垂直主风向穿越不同地表类型建立200米长的观测研究断面,在观测研究断面上安装风向跟踪滤袋式积沙仪、风沙流流量计、风沙流流量实时监测仪。该系统主要用于研究近地面沙尘暴结构特征和运行规律以及不同下垫面条件对沙尘暴的影响和民勤风沙流结构特征及输沙率和风沙流流量等。本项目通过2006-2010年的实施,取得了显著的成绩,结果如下： 1.建成了我国首套近地面0-50m沙尘观测系统。 2.研制风向跟踪滤袋式沙尘水平通量仪、灯芯式沙尘垂直湿收集仪、沙尘暴沙尘气溶胶浓度实时监测仪、风沙流流量实时监测仪等多种沙尘监测仪器用于沙尘暴观测。 3.取得了民勤沙尘暴过程中近地层风速的时空分布规律 (1)风速在垂直梯度上随高度增加遵循幂函数曲线递增。绿洲：y1＝3.48x0.33;绿洲过渡带：y2＝7.85x0.16;沙漠：y3＝8.89x0.13,(y：风速;x：高度)。 (2)沙尘暴过程中在水平梯度上,风速从沙漠到绿洲内逐步递减。气流从沙漠运行到绿洲边缘的人工防风固沙林风速平均消减4.1%、继续运行到绿洲内部平均消减30.5%。 (3)风速消减率随高度增加明显减小,风速的主要消减层在25m以下,在绿洲内部消减25.4-52.9%,最大点在5m处为52.9%;在绿洲边缘消减3.1-11.7%,最大点在1m处为11.7%。 (4)不同季节由于地表粗糙度的变异,风速的空间分布也发生变化。风速随高度的变化率则表现为夏季最大、春季次之、冬季最小;风速消减在同一季节绿洲内最大、荒漠－绿洲过渡带次之、荒漠区最小。 4. 测得近地层沙尘暴沙尘水平通量时空变化规律 (1)沙通量在垂直梯度上的分布较严格地遵循幂函数关系,绿洲：y1＝0.07x0.41;绿洲过渡带：y2＝1.06x-0.23;沙漠：y3＝2.96x-0.43,(y：沙尘通量;x：高度)。 (2)在垂直梯度上,在沙漠和绿洲边缘两种下垫面条件下,平均沙尘通量随高度呈显著降低趋势;在绿洲内,沙尘通率随高度的变化呈现平缓的上升趋势。 (3)从沙漠到绿洲的水平梯度看,沙尘通量逐渐降低,绿洲内部降低的幅度最大。沙漠0-49m高度范围内的平均沙尘通量是1.0g/cm2·次,绿洲边缘是0.6g/cm2·次,绿洲内部仅为0.2g/cm2·次。 (4)三种下垫面条件下(流动沙丘,人工固沙林,农田防护林)沙尘通量随高度的变化有渐近重合趋势,说明随着高度的增加地表状况(防沙工程和防护林带)对沙尘暴的影响越来越弱。 (5)从不同季节看,春季的沙尘水平通量最大占总量的62.4%,夏季占23.7%,冬季占13.8%,春季是沙尘主要传输季节。 5.取得沙尘暴过程中近地层气溶胶浓度的时空变化特征 (1)气溶胶浓度也随高度较严格地遵循幂函数关系,绿洲：y1＝4.85x0.10;绿洲边缘：y2＝30.17x-0.48;沙漠：y3＝58.44x-0.67(y：气溶胶浓度;x：高度)。 (2)在垂直梯度上,在沙漠和绿洲边缘气溶胶浓度随着高度的增加呈显著下降趋势。沙漠下垫面条件下,气溶胶浓度在1m处呈现最大值,平均为24.5mg/m3,3m处迅速下降到7.7 mg/m3,5-25m空间断面为5.7-2.7 mg/m3,29-49m平缓下降;绿洲边缘下垫面条件下,1m处最大为10.9mg/m3, 3m处迅速下降到4.7 mg/m3,5-25m空间断面为4.1-2.2 mg/m3;29-49m平缓下降。在绿洲内部气溶胶浓度随高度增加呈上升趋势,变化幅度很小,几乎呈直线分布。 (3)在水平梯度上,从沙漠到绿洲气溶胶浓度逐渐降低,沙漠下垫面条件下平均为4.8mg/m3,绿洲过渡带为3.0mg/m3,绿洲为1.6mg/m3。 (4)随着沙漠和绿洲边缘气溶胶浓度的逐渐下降和绿洲内部气溶胶浓度的缓慢上升,三条曲线在41m高度处几乎重合,说明沙尘暴在41m以上空间受下垫面影响不大。 (5)从不同季节看,春季为沙尘气溶胶浓度最高季节,平均17.101 mg/m3,为年均值的1.6倍,夏季次之,平均12.694 mg/m3,为年均值的1.2倍,秋季一般不发生沙尘暴,只有2.533 mg/m3,冬季沙尘暴天气开始增多,气溶胶浓度快速回升,平均为9.941 mg/m3。 6.垂直降尘量的时空变化特征 (1)初步认为不同高度上的空间降尘量反映了气流的运动状态和气溶胶的稳定性。 (2)在沙漠环境条件下,降尘量随高度增加而减少,25m以下变差较大,25m以上变差较小。 (3)在绿洲边缘防风固沙林条件下,降尘量随高度的变化趋势与沙漠条件下一致。 (4)在绿洲内部垂直梯度上的垂直降尘量明显不同,虽然降尘量高峰区仍然在25m以下,但降尘量最大点在9m处,曲线呈现偏单峰形状。 (5)从沙漠到绿洲水平梯度看垂直降尘量总体呈下降趋势,尤其是近地面1m出处,沙漠为5.9mg/cm2,绿洲边缘为3.5 mg/cm2,绿洲为2.3 mg/cm2。 (6)29m以上三种下垫面条件下垂直降尘量基本一致。 7. 民勤绿洲边缘,人工防风固沙林和绿洲农田防护林对阻截沙尘效果显著在1m(宽)×50m(高)的空间断面上,2006年民勤绿洲19次沙尘暴的总沙尘通量为：沙漠断面的年沙尘通量是9169.25kg,通过固沙林断面的沙尘通量是5318.24kg,通过绿洲防护林断面的沙尘通量是2345.42kg。以沙漠环境条件为对照,固沙林减少沙尘通量42.0%,绿洲防护林减少沙尘通量74.42%。2006-2009年四年观测结果为：固沙林减少40%,绿洲农田防护林降低沙尘通量70%。防风固沙林和农田防护林网对沙尘暴的减灾作用非常显著。应用前景：目前我国沙尘暴主要由气象部门靠卫星和激光雷达高空监测,研究宏观大气环境的变化与沙尘暴的关系。近地面沙尘暴过程中沙尘通量的变化研究很少,下垫面条件对沙尘暴的影响一直是研究的难题。现用的监测仪器也不准确,进口仪器价格昂贵且无法满足实际监测要求。本项目通过对近地面沙尘暴结构和运动规律的研究,结合高空监测,使沙尘暴监测研究更加完善;为我国沙尘暴监测和研究奠定前期基础条件;该项目通过自主创新、发明创造沙尘暴监测仪器,降低设备成本,使沙尘暴观测仪器规范化、标准化成为可能,对促进我国沙尘暴监测研究网络建设具有重要的作用。因此,项目完成后取得的基础数据,科研成果,仪器设备应用在我国沙尘暴监测、土地风蚀荒漠化监测及林业工程的生态功能等监测研究中具有重要的科学和实践意义。在本系统建成后得到了上级领导、同行专家和各大媒体的高度重视和广泛关注。先后有国家科技部、国家林业局、全国人大常委会、甘肃省政府、省科技厅、林业厅、兰州大学、中科院旱寒所、中国林科院、国家科协的有关领导和专家以及美国、澳大利亚、埃及、韩国等国的专家学者前来考察参观;中央电视台新闻联播两次报道,新华社、甘肃、武威电视台、人民日报、甘肃日报等许多媒体进行了宣传和报道。在国内外反响很大。近地面沙尘监测系统和监测研究成果将推广应用于我国沙尘暴监测研究和沙尘天气尤其是沙尘暴天气的监测预报方面,推广应用前景广阔。
中文关键词	沙尘 ; 观测系统 ; 运动规律 ; 近地面
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	X831
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001408516
来源机构	甘肃省治沙研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242705
推荐引用方式 GB/T 7714	赵明,方峨天,杨自辉,等. 近地面0-50m沙尘观测系统建立及民勤沙尘运动规律研究[Z]. 应用技术,2010.