沙尘天气过程地表土壤粒径谱的变化特征及其对起沙通量模拟结果的影响

The surface soil particle size distribution is a key influence parameter in the parametric scheme of sand accumulation, and its distribution will change with the passage of time. However, the static surface soil particle size spectrum is used in the model, which may be one of the main reasons for the uncertainty of quantitative estimation of sand accumulation flux.At the same time, the research on the characteristics of soil particle size change in the process of dust weather is also very lacking.In view of this, this project takes the hinterland of taklamakan desert as the research target area, carries out field fine observation test in the season of frequent dust, and coordinates with wind tunnel test to calibrate it.By combining mathematical analysis and numerical simulation, the time variation characteristics of surface soil particle size spectrum were analyzed in detail.Explore the relationship between wind speed and surface soil particle size spectrum;To evaluate the effect of surface soil particle size spectrum on sediment flux.The completion of this project can reduce the uncertainty of the numerical model on the simulation result of sediment flux and improve the simulation effect.

地表土壤粒径分布是起沙参数化方案中关键影响参量，其分布会随着时间的推移而改变，但模式中采用的均为静地表土壤粒径谱，这可能是造成起沙通量定量估算存在较大不确定性的主要原因之一。同时，对沙尘天气过程中地表土壤粒径谱变化特征的研究也十分欠缺。鉴于此，本项目以塔克拉玛干沙漠腹地为研究靶区，在沙尘多发季节开展野外精细化观测试验，并配合风洞试验对其进行校准。采用数理分析与数值模拟相结合的方法，细致解析地表土壤粒径谱的时间变化特征；探究风速与地表土壤粒径谱之间的关系；评估地表土壤粒径谱变化对起沙通量的影响。该项目的完成可以减少数值模式对起沙通量模拟结果的不确定性，改善模拟效果。

地表土壤粒径分布是起沙参数化方案中关键影响参量，其分布会随着时间的推移而改变，但模式中采用的均为静地表土壤粒径谱，这可能是造成起沙通量定量估算存在较大不确定性的主要原因之一。同时，对沙尘天气过程中地表土壤粒径谱变化特征的研究也十分欠缺。鉴于此，本项目以塔克拉玛干沙漠腹地为研究靶区，在沙尘多发季节开展野外精细化观测试验。采用数理分析与数值模拟相结合的方法，细致解析地表土壤粒径谱的时间变化特征；探究风速与地表土壤粒径谱之间的关系；评估地表土壤粒径谱变化对起沙通量的影响。结果表明，塔克拉玛干沙漠腹地表沙以细砂、极细砂为主，沙尘暴过后地表土壤样品的平均粒径减小46 μm；沙尘暴样品粒度随高度的变化主要受控于风速大小，风速阈值介于7.7-8.4 m/s，在晴空条件下，91.9%的粒径小于1.4 μm，伴随着沙尘天气的发生，粒径小于1.4 μm的沙物质减少到72.8%，不同摩擦风速条件下，超过80%的沙物质粒径是小于1.4 μm；塔克拉玛干沙漠粉细沙的沙尘排放量最大，中砂粗沙次之，极粗沙最少，其最大差值的数量级为 10-2 μg/m2·s；通过定量评估了Stout、Kurosaki and Mikami（KM）、李晓岚和张宏升（LZ）、Marticorena and Bergametti（MB）、Shao and Lu（SL）5种起沙阈值判定方案的适用性，发现KM方案最优；构建了塔里木盆地沙尘水平通量与风速等级间的关系模型，发现二者之间呈现较好的指数函数分布。研究结果为减少估算沙尘排放的不确定性，改善模拟结果提供一定的数据和理论支撑。