楊帆，鄭新倩，努爾阿米娜·依明，阿吉買買提·日西提，楊兵，王會(huì)青王毅，崔勇超

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.塔克拉瑪干沙漠大氣環(huán)境觀測(cè)試驗(yàn)站，新疆塔中 841000；3.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，新疆烏魯木齊 830002；4.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 844000；5.烏魯木齊市米東區(qū)環(huán)境保護(hù)局，新疆烏魯木齊 831400；6.皮山縣氣象局，新疆皮山 845150；7.拐子湖氣象站，內(nèi)蒙古阿拉善盟 735400）

巴丹吉林沙漠北緣沙塵天氣過程中近地面氣象要素變化及風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)分析

楊帆1，2，鄭新倩3，努爾阿米娜·依明4，阿吉買買提·日西提4，楊兵5，王會(huì)青6王毅7，崔勇超5

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.塔克拉瑪干沙漠大氣環(huán)境觀測(cè)試驗(yàn)站，新疆塔中 841000；3.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，新疆烏魯木齊 830002；4.喀什地區(qū)氣象局，新疆喀什 844000；5.烏魯木齊市米東區(qū)環(huán)境保護(hù)局，新疆烏魯木齊 831400；6.皮山縣氣象局，新疆皮山 845150；7.拐子湖氣象站，內(nèi)蒙古阿拉善盟 735400）

利用2013年春季在巴丹吉林沙漠北緣拐子湖地區(qū)的沙塵暴加強(qiáng)觀測(cè)資料，對(duì)比分析該地區(qū)典型流動(dòng)沙面晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴三種天氣背景下各氣象要素的變化特征及差異，以便進(jìn)一步了解沙塵天氣過程中近地層風(fēng)沙活動(dòng)特征。結(jié)果表明:隨風(fēng)速增加沙塵天氣強(qiáng)度逐步提升且沙塵天氣來臨前風(fēng)速、風(fēng)向均表現(xiàn)出明顯的調(diào)整現(xiàn)象，風(fēng)向調(diào)整時(shí)風(fēng)速減弱，此后爆發(fā)過程中風(fēng)速、風(fēng)向相對(duì)穩(wěn)定。隨沙塵天氣強(qiáng)度增加氣溫逐漸減小，同時(shí)地面氣壓不斷升高。懸浮的沙塵顆粒削弱了到達(dá)地面的太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致研究區(qū)各層地溫有減小趨勢(shì)，但減小程度相對(duì)較弱，使沙塵天氣下各層地溫仍保持良好的梯度變化和正弦型日變化趨勢(shì)。春季該研究區(qū)起沙風(fēng)速為6.5 m/s，輸沙通量垂直分布狀況在20 cm左右具有明顯的分段現(xiàn)象。地表100 cm內(nèi)總輸沙量的50%和90%分別集中在地表20 cm和56 cm高度以內(nèi)。觀測(cè)期間整個(gè)5月地表0～100 cm高度內(nèi)的輸沙通量為195.13 kg/m。

巴丹吉林沙漠;沙塵天氣;氣象要素;起沙風(fēng)速;風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)

沙塵暴是強(qiáng)風(fēng)將地面大量沙塵吹起，使空氣變得相當(dāng)渾濁，地面水平能見度小于1 km的劇烈災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[1]，強(qiáng)風(fēng)、熱力不穩(wěn)定和沙塵源是其形成的3個(gè)必要條件[2-3]。人類不合理的活動(dòng)是目前沙塵暴頻發(fā)的主要原因之一[4]。常發(fā)生于我國西北廣袤的干旱、半干旱地區(qū)，能夠?qū)まr(nóng)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、人民生活和身體健康等多方面產(chǎn)生嚴(yán)重危害[5]，因此對(duì)沙塵暴的研究逐漸成為國內(nèi)外眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。

近20 a，隨著我國北方數(shù)次破壞性較強(qiáng)沙塵天氣的發(fā)生，沙塵暴也得到了系統(tǒng)研究。眾多學(xué)者分析了我國沙塵天氣的氣候特征及空間分布差異，均認(rèn)為西北干旱、半干旱地區(qū)是沙塵暴的頻發(fā)區(qū)，其中河西走廊、阿拉善高原、南疆盆地南緣及內(nèi)蒙古中部是沙塵暴的主要源區(qū)[6-9]。胡隱樵等分析了強(qiáng)沙塵暴過程的微氣象特征，并指出大尺度的天氣形勢(shì)、中尺度的干颮線以及局地?zé)崃Σ环€(wěn)定的相互作用是引起黑風(fēng)暴形成和發(fā)展的物理機(jī)制[10]。牛生杰[11]認(rèn)為沙塵暴的發(fā)生與冷空氣的活動(dòng)及其產(chǎn)生的大風(fēng)密切聯(lián)系，多發(fā)生在午后到傍晚地面處于明顯的熱力不穩(wěn)定狀態(tài)，熱對(duì)流發(fā)展最為強(qiáng)盛，若遇冷空氣過境，極易激發(fā)熱對(duì)流發(fā)展從而產(chǎn)生沙塵暴天氣。胡澤勇[12]分析了敦煌地區(qū)一次沙塵暴過境時(shí)地面氣象要素的變化情況，指出沙塵暴發(fā)生前后各氣象要素均有明顯變化且地表能量平衡關(guān)系被打破。胡文峰等[13]對(duì)內(nèi)蒙古拐子湖地區(qū)沙塵暴過程中近地面氣象要素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沙塵暴過境前風(fēng)速、風(fēng)向要經(jīng)過一個(gè)波動(dòng)調(diào)整加速過程且高溫低濕的地面狀態(tài)有利于地表起沙。在風(fēng)沙活動(dòng)方面，Dong等[14]和俎瑞平等[15]在塔克拉瑪干沙漠周邊及腹地進(jìn)行了大量研究。何清、楊興華等以塔克拉瑪干沙漠大氣環(huán)境觀測(cè)試驗(yàn)站為基地，涵蓋沙漠腹地塔中，北緣肖塘、哈德，東緣若羌，對(duì)自然條件下的風(fēng)沙活動(dòng)開展了較為長期的野外觀測(cè)[16-17]。這對(duì)于評(píng)價(jià)沙塵災(zāi)害和提出合理防治措施，分析沙塵暴的發(fā)生、演變和消弱有著十分重要的意義[4]?？傮w來說，目前對(duì)沙塵暴的時(shí)空分布、形成和發(fā)展機(jī)制、監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)模擬、變化趨勢(shì)及對(duì)環(huán)境和氣候的影響等方面均有報(bào)道且近地層風(fēng)沙活動(dòng)多集中于室內(nèi)風(fēng)動(dòng)模擬或短期野外觀測(cè)，但對(duì)于沙塵暴過程中各氣象要素的變化及惡劣沙塵天氣下的風(fēng)沙活動(dòng)特征的研究卻略顯不足。

鑒于此，本文利用2013年春季巴丹吉林沙漠北緣拐子湖地區(qū)沙塵暴加強(qiáng)觀測(cè)資料，通過對(duì)比分析典型流動(dòng)沙面在晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴三種天氣背景下各氣象要素的變化及差異，以便進(jìn)一步了解沙塵天氣過程中近地層風(fēng)沙活動(dòng)特征，這對(duì)于深入理解沙塵暴的形成和危害及沙物質(zhì)的輸送具有重要意義，并對(duì)于改善人類生存環(huán)境具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

拐子湖位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟額濟(jì)納旗地區(qū)，整體處于巴丹吉林沙漠北緣的戈壁沙漠中，屬典型的內(nèi)陸溫帶荒漠氣候，干旱少雨，蒸發(fā)量大，年平均氣溫9.2℃，最高氣溫44.8℃，最低氣溫-30.7℃。年均降水量僅42.9 mm，蒸發(fā)量卻高達(dá)4 217.9 mm，為降水量的近百倍[13]。這里風(fēng)沙活動(dòng)頻繁是內(nèi)蒙古強(qiáng)和特強(qiáng)沙塵暴主要多發(fā)地區(qū)之一，同時(shí)也是我國沙塵暴北移路徑的必經(jīng)之地[18]，總體以西風(fēng)為主，年均8級(jí)以上大風(fēng)約58次，沙塵暴30 d左右，歷史最高風(fēng)速為38 m/s。干旱、高溫、大風(fēng)、沙塵暴多是這里的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。

所用資料來自于拐子湖氣象站以南800 m處，由中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所建立的通量觀測(cè)系統(tǒng)，地處41°22′N，102°22′E，海拔960 m。整個(gè)系統(tǒng)處于流動(dòng)沙面上，周圍地勢(shì)平坦開闊，包括梯度觀測(cè)和風(fēng)沙活動(dòng)監(jiān)測(cè)兩部分（表1）。近地表風(fēng)沙流輸沙量的觀測(cè)采用高度100 cm的直立式方口積沙儀，共分50層，每2 cm一個(gè)采樣口，進(jìn)沙口橫截面積為4 cm2，空氣中的沙物質(zhì)在通過采樣口時(shí)可被收集在相應(yīng)的積沙盒中，于每次沙塵天氣結(jié)束后收取沙樣并稱重。

根據(jù)氣象對(duì)天氣類型的定義，從2013年沙塵暴強(qiáng)化觀測(cè)資料中選取4月26日、5月12日和5月8日作為拐子湖春季的典型晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴天氣。揚(yáng)沙天氣實(shí)況為：6:35—18:17出現(xiàn)揚(yáng)沙，風(fēng)速為6.70～14.1 m/s。沙塵暴天氣實(shí)況為：8:10—12:13為揚(yáng)沙天氣，風(fēng)速為5.69～13.03 m/s，12:14—18:22由揚(yáng)沙天氣轉(zhuǎn)為沙塵暴，其風(fēng)速為7.41～17.81 m/s，能見度為100 m。通過這三種天氣條件下各氣象要素對(duì)比，從而了解沙塵天氣過程對(duì)近地面氣象要素的影響，以便對(duì)沙塵天氣過程中的風(fēng)沙活動(dòng)特征有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同天氣背景下地面各氣象要素特征對(duì)比分析

2.1.1 風(fēng)速和風(fēng)向

強(qiáng)風(fēng)是吹起地面沙塵的主要?jiǎng)恿?，因此風(fēng)是沙塵天氣監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)要素之一。通過分析三種天氣背景下研究區(qū)10 m高度處風(fēng)速、風(fēng)向隨時(shí)間序列的變化可以看出（圖1）：晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴天氣下地面風(fēng)速和風(fēng)向差異較大，其中晴天全天風(fēng)速較小，多數(shù)時(shí)段保持在4.0 m/s以下，部分時(shí)段甚至出現(xiàn)靜風(fēng)現(xiàn)象，相應(yīng)的風(fēng)向卻穩(wěn)定度較差；揚(yáng)沙天氣背景下，00:00—4:27 10 m風(fēng)速和風(fēng)向較為穩(wěn)定，均呈波動(dòng)式起伏變化，風(fēng)速維持在4.16～7.21 m/s之間，風(fēng)向以西風(fēng)為主，4:28風(fēng)速突然降低，在5:33時(shí)達(dá)到3.78 m/s，進(jìn)入調(diào)整期，此后風(fēng)速急劇增加為13.37 m/s，并開始出現(xiàn)揚(yáng)沙，直到18:04始終維持較高風(fēng)速，相應(yīng)時(shí)段內(nèi)風(fēng)向在風(fēng)速急劇增加前也出現(xiàn)調(diào)整，

此后隨著風(fēng)速增加揚(yáng)沙出現(xiàn)，風(fēng)向保持相對(duì)穩(wěn)定，始終圍繞西北方向波動(dòng)變化。從18:05開始風(fēng)速迅速下降，19:42風(fēng)速下降到4.21 m/s，在此期間風(fēng)向也開始逐漸從西北方向向西西南過渡。此后風(fēng)速變得平穩(wěn)，維持在5 m/s左右；與揚(yáng)沙天類似，沙塵暴出現(xiàn)前10 m高度風(fēng)速也表現(xiàn)出迅速下降后急劇增加的調(diào)整期，隨風(fēng)速的不斷增加，8:10—12:13揚(yáng)沙天出現(xiàn)，此后風(fēng)速繼續(xù)增加，最高時(shí)達(dá)到17.81 m/s，揚(yáng)沙天氣逐漸升級(jí)為沙塵暴，能見度僅為100 m。相應(yīng)時(shí)段內(nèi)風(fēng)向的變化與風(fēng)速較為一致，也表現(xiàn)出強(qiáng)風(fēng)來臨前的調(diào)整，西南—西西南—西西北，此后隨著風(fēng)速增加揚(yáng)沙和沙塵暴的出現(xiàn)，風(fēng)向在西北和西西北方向保持相對(duì)穩(wěn)定。17:31風(fēng)速開始迅速下降，19:59達(dá)到3.47 m/s，隨后風(fēng)速雖有微弱上升過程，但總體仍處于不斷降低狀態(tài)，風(fēng)向也由西北向西西南過渡，并在風(fēng)速迅速降低過程中有兩次較大調(diào)整。總體來看，隨著10 m高度風(fēng)速增加沙塵天氣強(qiáng)度逐步提升。沙塵天氣來臨前地面水平風(fēng)速會(huì)經(jīng)歷突然下降后迅速增加的過程，同時(shí)風(fēng)向也表現(xiàn)出較明顯的多次調(diào)整，風(fēng)向調(diào)整時(shí)風(fēng)速減弱，此后沙塵天氣爆發(fā)過程中風(fēng)速增加，風(fēng)向相對(duì)較為穩(wěn)定。

2.1.2 氣溫和相對(duì)濕度

晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴天氣下研究區(qū)2 m高度氣溫和相對(duì)濕度雖各有不同，但均表現(xiàn)出明顯的日變化趨勢(shì)（圖2）。對(duì)于氣溫來說，三種不同天氣背景下氣溫均表現(xiàn)出日出前波動(dòng)減小，日出后迅速升高，午后達(dá)到日峰值后開始緩慢降低的趨勢(shì)，但同時(shí)三者間也存在明顯差異，晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴天氣分別在中午14:53、14:10和13:23達(dá)到日最高氣溫30.68℃、27.60℃和20.97℃。然而對(duì)于相對(duì)濕度來說，其日變化趨勢(shì)基本與氣溫相反，分別于11:55、16:17、15:57達(dá)到日最小值3.24%、4.71%、5.02%?？傮w來說，三種不同天氣背景下研究區(qū)2 m高度氣溫和相對(duì)濕度均表現(xiàn)出明顯相反趨勢(shì)且隨著沙塵天氣強(qiáng)度增加地面氣溫逐漸減小。

2.1.3 大氣壓強(qiáng)

通過對(duì)三種不同天氣背景下研究區(qū)2 m高度氣壓進(jìn)行分析（圖3），可以看出5月5日和5月6日氣壓較低，5月7日到5月9日氣壓不斷攀升，5月9日以后氣壓迅速降低，其中5月8日發(fā)生強(qiáng)沙塵暴天氣，其氣壓處于905 hPa以上，屬高氣壓控制。與之相對(duì)，晴天和揚(yáng)沙天氣下氣壓相對(duì)較小且兩者相差不大。總體來說，沙塵暴過境地面氣壓不斷升高，逐漸從低氣壓向高氣壓過渡，總體增加了28 hPa。

2.1.4 土壤溫濕度

地溫的變化主要取決于太陽輻射和地表輻射的影響[19]。從地溫隨時(shí)間序列的變化（圖4）可以看出，晴天、揚(yáng)沙和沙塵暴三種不同天氣背景下研究區(qū)各層地溫均表現(xiàn)出良好的梯度變化且正弦型日變化趨勢(shì)明顯，具有較高的相似性。其中，0 cm地溫變化與對(duì)應(yīng)天氣下的氣溫同步性較高，而5 cm以下土層因熱量傳輸相對(duì)于空氣熱對(duì)流效率較差，導(dǎo)致隨土層深度增加地溫變化的時(shí)滯現(xiàn)象越發(fā)明顯。隨著沙塵天氣強(qiáng)度的增加，大氣中懸浮沙塵顆粒的增多定會(huì)影響到達(dá)地面的太陽輻射，因而導(dǎo)致從晴天—揚(yáng)沙—沙塵暴，各層地溫均有不同程度減小且隨著土層深度的增加地溫受到沙塵影響的作用也在減弱，其中0 cm和5 cm地溫的減弱程度相對(duì)較大，而40 cm幾乎保持恒溫，表明其基本不受沙塵天氣影響。此外，從土壤濕度隨時(shí)間序列變化可以看出，三種不同天氣背景下各層土壤濕度均表現(xiàn)出隨土層深度的增加而升高的梯度變化，同時(shí)日變化趨勢(shì)減弱，20 cm深度時(shí)土壤濕度基本保持穩(wěn)定且維持在較高水平，不同天氣背景對(duì)其的影響效應(yīng)卻并不明顯?？傮w來看，相比李祥余等[19]對(duì)塔中地區(qū)沙塵暴過程中地溫變化的研究來說，盡管懸浮的沙塵會(huì)導(dǎo)致拐子湖流動(dòng)沙地各層地溫有減小趨勢(shì)，但減小程度相對(duì)塔中地區(qū)較弱，使揚(yáng)沙和沙塵暴天氣下各層地溫仍保持良好的梯度變化和正弦型日變化趨勢(shì)。

2.2 沙塵天氣下的風(fēng)沙活動(dòng)特征

2.2.1 起沙風(fēng)速

為了對(duì)拐子湖地區(qū)沙塵天氣過程中近地層風(fēng)沙活動(dòng)特征有所了解，特利用H11-LIN型風(fēng)蝕傳感器對(duì)拐子湖地區(qū)2014年5月的4次沙塵天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這4次沙塵天氣分別發(fā)生于5月8日（沙塵暴）、12日（揚(yáng)沙）、18日（沙塵暴）和30日（沙塵暴）正午前后。從圖5給出的4次沙塵天氣背景下地表5 cm處沙粒躍移數(shù)量與對(duì)應(yīng)2 m高處1 min平均風(fēng)速的關(guān)系可以看出，當(dāng)風(fēng)速增大到足以讓地表沙粒開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，便稱此臨界風(fēng)速為起沙風(fēng)速[20]。研究區(qū)風(fēng)速在6.5 m/s以下時(shí)，沒有沙粒撞擊傳感器的記錄，當(dāng)風(fēng)速大于6.5 m/s時(shí)，傳感器監(jiān)測(cè)到地表有沙粒發(fā)生躍移運(yùn)動(dòng)，并且隨著風(fēng)速的增加躍移沙粒數(shù)量也隨之增加，兩者間呈良好的冪函數(shù)關(guān)系。其中在6.5～ 10 m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，撞擊顆粒數(shù)隨風(fēng)速增長速率較慢，而大于10 m/s時(shí)急劇增加。在此可認(rèn)為拐子湖地區(qū)2 m高度風(fēng)速達(dá)到6.5 m/s時(shí)沙粒脫離地面發(fā)生躍移，以此風(fēng)速近似作為該地區(qū)的臨界起沙風(fēng)速。2.2.2風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)特征

風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)用于表征風(fēng)沙流中沙粒隨高度的變化特征，反映了不同軌跡運(yùn)動(dòng)沙粒在垂直方向上的宏觀表現(xiàn)，在風(fēng)沙研究中占據(jù)重要位置[17]。在特定風(fēng)速下，地形、沙物質(zhì)粒度組成、礦物成分和下墊面性質(zhì)等成為影響風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)的主要因素[21]。通過對(duì)5月8日、12日、18日和30日4次典型沙塵天氣背景下方口集沙儀所收集的輸沙數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)（圖6），盡管各次沙塵天氣發(fā)生的時(shí)間、強(qiáng)度及風(fēng)速等均不相同，但輸沙通量隨高度變化的趨勢(shì)卻極為相似。其中值得注意是地表輸沙通量以20 cm左右為界，地表0～20 cm以內(nèi)，輸沙通量并非像其他研究中所述的會(huì)隨高度的增加而遞減，與之相反輸沙通量會(huì)隨高度的增加呈波動(dòng)型增加趨勢(shì)。20 cm以上，輸沙通量隨高度的增加整體均呈遞減狀態(tài)，其中20～50 cm范圍內(nèi)降低速率較高，此現(xiàn)象在張克存和屈建軍對(duì)戈壁地區(qū)風(fēng)沙流的研究中也有發(fā)現(xiàn)，并被稱作“象鼻效應(yīng)”[23]。此外，通過對(duì)4次沙塵天氣下輸沙通量累計(jì)百分比的平均值進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)（圖7），地表100 cm內(nèi)總輸沙量的50%主要集中在0～ 20 cm以內(nèi)，70%和90%的輸沙量主要集中在0～30 cm和0～56 cm高度以內(nèi)?？傮w來看，拐子湖地區(qū)沙塵天氣下地表1 m以內(nèi)的輸沙通量以20 cm左右為界，具有明顯的分段現(xiàn)象即整體表現(xiàn)出明顯的“象鼻效應(yīng)”。

2.2.3 實(shí)測(cè)輸沙量

進(jìn)一步對(duì)地表100 cm內(nèi)輸沙通量進(jìn)行擬合分析，其輸沙通量垂直分布整體較為符合方程：

式（1）中，q（z）為對(duì)應(yīng)高度的輸沙通量（kg·m-2），z為距離地表的高度（cm），a、b、c、d、e、f均為待定參數(shù)。根據(jù)方程，可估算拐子湖地區(qū)2013年5月共發(fā)生的4次沙塵天氣下近地表100 cm高度內(nèi)單位寬度的水平輸沙通量：

通過此方程求解可得2013年5月4次沙塵天氣下，地表0～20 cm高度以內(nèi)的輸沙量分別為：40.11 kg/m、29.41 kg/m、49.10 kg/m、41.53 kg/m，20～ 100 cm輸沙量分別為：11.77 kg/m、5.39 kg/m、8.21 kg/m、9.61 kg/m。這4次沙塵天氣下0～100 cm高度以內(nèi)輸沙量共195.13 kg/m。

3 結(jié)論

初步研究了拐子湖地區(qū)典型流動(dòng)沙面在沙塵天氣背景下近地面各氣象要素及沙塵天氣過程中的風(fēng)蝕起沙特征，發(fā)現(xiàn)風(fēng)力作為沙塵天氣爆發(fā)的動(dòng)力因素，不僅隨著地面風(fēng)速的增加沙塵天氣強(qiáng)度逐漸升級(jí)，而且沙塵天氣來臨前風(fēng)速會(huì)經(jīng)歷突然下降后迅速增加的過程，同時(shí)風(fēng)向也表現(xiàn)出較明顯的多次調(diào)整，風(fēng)向調(diào)整時(shí)，風(fēng)速減弱，而調(diào)整后，風(fēng)速增加。這樣的調(diào)整現(xiàn)象與大多數(shù)沙塵暴風(fēng)場(chǎng)分析的結(jié)果一致，如胡澤勇[12]、溫雅婷[24]、李帥[25]分別對(duì)敦煌和南疆沙塵暴風(fēng)場(chǎng)的分析，其均指出沙塵暴過程中風(fēng)向調(diào)整期間風(fēng)速有減小趨勢(shì)，甚至?xí)徐o風(fēng)現(xiàn)象的發(fā)生，而在每次風(fēng)向調(diào)整后的穩(wěn)定期，風(fēng)速有增加趨勢(shì)。但對(duì)于其形成原因和發(fā)生過程并未深入探討，因此對(duì)于風(fēng)場(chǎng)調(diào)整現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。值得注意的是相對(duì)于敦煌2000年6月4日和塔中2006年4月8日兩次沙塵暴天氣，拐子湖此次沙塵暴過程中風(fēng)速從最小值快速攀升至最大值的增加速率介于兩者之間，10 min內(nèi)風(fēng)速的最大增幅為5.36 m/s，其中敦煌最大，可達(dá)9.43 m/s，塔中最小，僅為2.30 m/s。

隨著沙塵天氣強(qiáng)度的增加地面氣溫和各層土壤溫度均有不同程度降低，這是由于強(qiáng)沙塵天氣下更多懸浮的沙塵顆粒削弱了到達(dá)地面的太陽輻射，從而使土壤溫度和近地面氣溫有所減小[19]。然而值得注意的是，相對(duì)于塔克拉瑪干沙漠[19]、敦煌[12]、錫林浩特[26]等多地沙塵天氣下對(duì)近地面氣溫和土壤溫度較為強(qiáng)烈的影響來說，拐子湖地區(qū)沙塵天氣對(duì)氣溫和土壤溫度的影響相對(duì)較小，使沙塵天氣下的氣溫和土壤溫度雖有減小，但仍能保持良好的日變化趨勢(shì)和梯度變化，這是由于巴丹吉林沙漠地表沙粒平均粒徑φ值為1.6～1.8，250～500 μm，根據(jù)霍文等[27]對(duì)塔克拉瑪干沙漠、庫姆塔格沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、毛烏素沙地沙塵粒度參數(shù)進(jìn)行分析比較，巴丹吉林沙漠沙粒平均粒徑相對(duì)偏粗，沙塵天氣下懸浮顆粒較少，浮塵少有發(fā)生，使沙塵天氣對(duì)太陽輻射的削減程度相對(duì)較小造成的。同時(shí)也正因如此，與敦煌[12]、南疆[24，28]等多地沙塵暴過程中的降溫增濕不同，拐子湖沙塵天氣過程中氣溫雖有減小，但并不強(qiáng)烈且日變化趨勢(shì)明顯，從而導(dǎo)致拐子湖沙塵天氣下相對(duì)濕度始終較小且較為穩(wěn)定，并無降溫增濕的現(xiàn)象發(fā)生，這與胡文峰[13]對(duì)拐子湖沙塵暴過程中氣溫和相對(duì)濕度的分析結(jié)論類似。此外，對(duì)于地面氣壓來說，拐子湖5月8日沙塵暴與敦煌2000年6月4日[12]和南疆2006年4月10日[24-25]沙塵暴過境前后，地面從受低氣壓控制變?yōu)楦邏嚎刂频默F(xiàn)象相同，說明這三次沙塵暴均是由高壓過境所致，其中南疆沙塵暴地面氣壓增加幅度最大，拐子湖次之，敦煌最小，分別為41.2 hPa，拐子湖為28 hPa，敦煌為14 hPa，高壓持續(xù)時(shí)間依次為26 h、22 h、12 h。

拐子湖地區(qū)春季2 m高度1 min時(shí)距的起沙風(fēng)速為6.5 m/s，這一結(jié)果比塔克拉瑪干沙漠多數(shù)地區(qū)的觀測(cè)值都大[17，20]，分析其原因這依然是受當(dāng)?shù)厣沉Ａ较鄬?duì)偏粗的影響。該地區(qū)沙塵暴過程中的輸沙通量垂直分布狀況在20 cm左右具有明顯的分段現(xiàn)象即整體表現(xiàn)出明顯的“象鼻效應(yīng)”，20 cm以內(nèi)輸沙通量隨著高度增加而增加，20 cm以上輸沙通量隨高度的增加呈指數(shù)遞減。其中0～20 cm的輸沙量占地表100 cm內(nèi)總輸沙量的50%左右，0～56 cm的輸沙量占90%。此現(xiàn)象與屈建軍[29]和張克存[30]在戈壁地表進(jìn)行的輸沙通量觀測(cè)結(jié)果相似，但異于塔克拉瑪干沙漠塔中、北緣過渡帶肖塘及南緣策勒地區(qū)輸沙通量隨高度增加呈冪函數(shù)遞減。這可能是由于拐子湖流動(dòng)沙地地表沙粒粒徑較粗，地面緊實(shí)，躍移的大沙粒在空中受到風(fēng)力加速從而獲得更多能量，下落后與戈壁地表類似，沙粒與地表近似彈性碰撞，自身反彈的同時(shí)濺起其他沙粒，反彈的沙粒集中在地表20 cm左右，從而使得地表輸沙通量在垂直方向上發(fā)生明顯的分段現(xiàn)象[21-23]。此外，通過實(shí)測(cè)輸沙通量擬合計(jì)算，得出2013年5月4次沙塵天氣下地表0～100 cm以內(nèi)輸沙總量為195.13 kg/m。

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Impact of Sand-Dust Weather on Meteorological Elements and Study on Structure of Wind-blown Sand Flow in the Northern Margin of the Badain Jaran Desert

YANG Fan1，2，ZHENG Xinqian3，Nuramina Imin4，Hajimamat Rexit4，YANG Bing5，WANG Huiqing6，WANG Yi7，CUI Yongchao5

（1.Institute of Desert Meteorology,China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Taklimakan Desert Atmosphere and Environment Station，Tazhong 841000，China；3.Xinjiang Agro-metrolical Observatory，Urumqi 830002，China；4.Meteoroligcal Bureau of Kashgr Prefecture，Kashar 844000，Xinjiang China；5.Midong Environmental Protection Bureau，Midong 831400，China；6.Meteoroligcal Bureau of Pishan Counry，Pishan 845150，Xinjiang China；7.Alxa League Guaizi Lake Meteorological Station，Guaizi Lake 735400，China）

Based on the data of sandstorms in spring 2013 from flux observation stations at Guaizi lake region in the northern margin of the Badain Jaran desert,which was built by the Institute of Desert Meteorology of China Meteorological Administration,we analyzed the characteristics of blown-sand activites and meteorological elements of the near surface layer under different weather conditions（clear day,rising dust day and sandstorm day）.The results showed that the higher wind speed brought about stronger dust process.The wind speed and direction showed significant adjustment process before the dust weather,but it was relatively stable when it outbreaked.The ground temperature decreased with dust weather intensity increased.The floating dust resulted in that each layer of soil temperature showed a decrease tendency,but the degree of reduction was relatively weak.Moreover,the each layer of soil temperature under dust weather maintained good gradient changes and showed a diurnal variation trend of sine function curve.At the height of 2 m above surface,the instant sand-laden wind velocity for naturally mixed sands was about 6.5 m/s at one-minute interval.In the sand drift structure,the vertical sand flux was all in an increase trend with the increase of height below 20 cm from the ground.The vertical sand flux at all the height was exponent function decreased with the increase of height above 20 cm.The 50%and 90%of the total sand flux occurred mainly in the air layer below 20 cm and 56 cm from the ground, respectively.The sand flux within 0～100 cm height was 195.13 kg/m during the observation period.

Badain Jaran desert；sand-dust weather；meteorological elements；sand-laden wind velocity；structure of wind-blown sand flow

P458

B

1002-0799（2015）04-0067-08

楊帆，鄭新梅，努爾阿米娜·依明，等.巴丹吉林沙漠北緣沙塵天氣過程中近地面氣象要素變化及風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（4）：67-74.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.011

2014-04-30；

2014-10-27

國家自然科學(xué)基金（41175017、41175140）；中國沙漠氣象科學(xué)研究基金（SQJ2012015）；公益性行業(yè)專項(xiàng)（GYHY201306066）聯(lián)合資助。

楊帆（1987-），男，助理研究員，主要從事地氣相互作用野外觀測(cè)研究。E-mail：yangfan309@yeah.net