耦合CALMET精细化地表风场的塔里木盆地沙尘暴模拟

发布时间：2020-05-09 21:40

【摘要】：沙尘气溶胶是大气中最主要的成分,是引起大气圈、生物圈、岩石圈相互作用的重要纽带和全球物质循环及气候变化中的关键环节。塔里木盆地的中心为塔克拉玛干沙漠,是世界第二大的流动沙漠,既是中国沙尘暴天气的高发中心,也是全球沙尘暴的高发中心,它扬起的沙尘气溶胶可通过阳伞效应、冰核效应和铁肥料效应影响区域和全球气候,成为了研究全球变化的热点区域之一。虽然塔克拉玛干沙漠面积达33万平方公里,而气象观测站仅限于沙漠边缘的绿洲,整个沙漠中的气象观测资料近乎空白。盆地气候的独特性和巨大面积观测的空白,使得温度、风向、风速等气象要素的空间分布无法由插值简单得到。在地面风要素资料缺失,而其替代产品如NCEP的再分析或者FNL分析的风要素资料在塔里木盆地这一地域几乎完全失效,进而将导致以再分析资料驱动的、所有同风场有关的沙尘模式在该地区失效。因为塔克拉玛干沙漠是全球沙尘暴的高发中心,它扬起巨量的沙尘气溶胶可影响区域和全球气候,对这一地区的风场进行精细化的模拟,进而利用WRF模式准确模拟盆地内沙尘暴过程,评估沙尘暴的起沙量,对研究区域和全球气候变化具有重要的科学价值和实用价值。针对以上存在的问题,本文试图通过利用沙漠风积地貌和气象风况观测资料,进而使用CALPUFF模拟系统中的CALMET模块,通过定量模拟地表风场来对塔里木盆地内的风场进行修正,获得精细化的地表风场,进而将其耦合进WRF模式,提高塔里木盆地沙尘暴过程的模拟的精度。其主要结论如下:(1)1995-2017年观测表明,沙尘暴发生最多的地方是沙漠腹地,边缘绿洲发生最多的地方处于盆地的东南端,其次是南部的和田-皮山一带,以及北部的柯坪-阿拉尔一带。扬沙发生次数远高于沙尘暴发生次数,其空间分布大体与沙尘暴的空间分布基本一致。冬季几乎没有沙尘活动,春夏转换过程中的4-5月是沙尘天气最高发的季节,7-9月沙尘天气频次急剧下降。沙漠腹地虽然也具备这些特征,但7-8月沙漠腹地的塔中却仍保持非常高的发生频次,这与夏季盆地中心热低压的存在有关。(2)确定了冷空气进入塔里木盆地的三条路径,东路、西路和中路路径,仅有东路路径时,盆地内出现弱沙尘暴,东路和西路同时出现,出现中等强度的沙尘暴,三条路径同时出现,出现强沙尘暴过程。在三个路径上,分别选取了上游的铁干里克、乌恰和阿克苏作为代表站,进而建立了代表站与盆地边缘站点风速的统计相关关系。然后加上根据沙漠风积地貌推测出的沙漠的地表风向,即得到了各站点的风速和风向。当相邻两站风向相反时,依据两站的风速大小,站点风速小的风向修订为风速大的风向。(3)利用三个代表站点的风速,判断冷空气入侵塔里木盆地的路径和强度,然后将代表站点由统计关系得到的各观测站点风速和沙漠地貌的风向要素输入CALMET模式,进而驱动CALMET模型,模拟得到精细化的地表风场。通过对弱、中等以及强沙尘暴过程三个个例的分析,CALMET模型模拟除了盆地精细化的地表风场以及水平散度显示的辐合区,因为沙漠中缺乏气象观测点,无法进行验证,但其风场的辐合区与卫星观测的几乎完全一致。弱、中等以及强沙尘暴过程中的地表风场显示了完全不同的场景,较原来仅靠沙漠风积地貌推测出地表风场更符合实际情况。另外,观测推测沙漠腹地是沙尘暴的高发中心,但利用CALMET模型模拟的精细化的地表风场与卫星观测表明,并不是所有的沙漠腹地均为高发中心,它取决于冷空气入侵塔里木盆地的路径。4、耦合了CALMET精细化的地表风场的WRF模式能够很好地模拟出塔里木盆地的沙尘暴过程,弥补了目前沙尘暴数值模式研究的缺陷。同时,塔里木盆地是全球第二大沙尘源地,对它起沙量的准确模拟,有助于对全球沙尘总量的估算及其对气候效应的理解。
【图文】：

图 1.1 具体的技术路线1.3.3 章节安排各章节主要研究内容安排如下：第一章：绪论第二章：研究区域、数据来源及模式介绍第三章：塔里木盆地沙尘天气的时空分布、统计方法计算地表风场第四章：CALMET 对不同强度沙尘暴的模拟与检验第五章：结论

域为塔里木盆地，位于新疆，东西长约 1200km，南北腹地，降水稀少，且南、北、西三面分别被青藏高原、缺少水汽输送，使得塔里木盆地成为干燥少雨的极端干沙漠面积约为 3.4×105km2，是中国最大的沙漠，也是全盆地是中国沙尘暴的主要源地之一，高发区年平均出现站点资料来源于 MICAPS 系统中的地面站点资料，，具
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P425.55

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本文编号：2656778