西北沙漠地表沙粒运移特性及动力热力参数研究

我国西北地区气候干燥，沙漠广布，是重要的沙尘源区。由地表起沙引发的沙尘天气对当地及下游地区的经济、生态环境造成巨大破坏。项目选择塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠作为研究区，利用多种集沙仪、微气象梯度和涡动相关集成系统、风廓线和激光雷达，开展沙漠地表起沙运移精细化观测试验，结合风洞试验与数值模拟，观测地表沙粒蠕移、跃移和悬移，计算分析临界摩擦速度、临界起沙风速、沙粒撞击速度、撞击颗粒数与动能、沙尘粒度形貌、沙尘水平和垂直通量、沙尘浓度、沙漠地表动力和热力粗糙度、动量和热量通量及湍流交换输送等起沙关键参数；分析和探讨不同下垫面湍流及风沙二相流对地表起沙的影响，揭示地表起沙物理过程触发机制；阐明地表起沙运移的动力和热力学机理，解析沙漠地表起沙运动规律；建立能够用于沙尘暴数值预报模式并能提高数值预报准确率的起沙临界参数集及相关预报方程，为提高西北沙尘天气预报精度提供基础支撑。

我国西北地区气候干燥，沙漠广布，是重要的沙尘源区。由地表起沙引发的沙尘天气对当地及下游地区的经济、生态环境造成巨大破坏。项目选择塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠作为研究区，开展地表起沙运移观测试验方法，沙粒运移动力、热力学参数，起沙运移参数的数值模拟及沙粒运移过程及触发机理研究。通过本项目的研究，确定了地表沙粒运移的仪器的配置方法，获得了国际同行的认可；给出了我国西北三大沙漠的沙粒运移特征和规律；获得了三大沙漠的临界摩擦速度、临界起沙风速、沙尘颗粒的撞击速度与动能、沙尘粒度形貌、沙尘水平和垂直通量、沙尘浓度、地表动力和热力粗糙度、动量和热量通量及湍流交换、输送等关键参数。其中，塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠的起沙风速分布范围分别为3.5-16.9、4.1-20.7和4.0-14.5 m/s，平均值分别为8.0、12.9和10.7 m/s；临界摩擦速度分布范围为0.22-1.06、0.29-1.5和0.39-0.49 m/s，平均值分别为0.5、0.9和0.43 m/s；平均水平输沙量分别为4.7×10-3、2.6×10-3和1.7×10-2 kg/m/s；平均垂直沙尘通量分别为2.7×10-6、2.1×10-5和1.1×10-6 kg/m2/s；最优动力学粗糙度分别为3.265×10-3、1.2×10-2和7.12×10-4m。改进了沙漠陆面模式模拟结果，在一定程度上解决了沙尘暴模式在新疆区域漏报问题；获取了大量的有关我国西北三大沙漠沙粒运移及动力热力参数的代表性数据。本项目的开展是西北沙尘天气预报研究领域中的基础性工作和重要补充；大量新型探测仪器集成应用于西北三大沙漠野外同步观测试验将为我国风沙运动理论的发展补充新的试验基础数据，研究成果也为我国西北沙漠地区的防沙治沙工程建设及改进沙尘预报模式的预报效果起到一定的基础支撑作用。