湍流相干结构在中蒙中区一次沙尘暴起沙中的作用

作     者：赵建华 隆霄 张峰 杨永龙 刘世祥 梁芸 ZHAO JianHua;LONG Xiao;ZHANG Feng;YANG YongLong;LIU ShiXiang;LIANG Yun

作者机构：甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局兰州干旱气象研究所兰州730020 兰州大学大气科学学院兰州730000 庆阳市气象局甘肃庆阳745000 武威市气象局武威荒漠生态与农业气象站甘肃武威733000 兰州中心气象台兰州730020 西北区域气候中心兰州730020 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2020年第63卷第11期

页      面：3967-3980页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41875020,41630426,41375019) 中国气象局兰州干旱气象研究所项目(IAM201611) 公益性行业(气象)科研重大专项(GYHY20150600) 中国沙漠气象科学研究基金(sqj2016003)资助 

主　　题：起沙机制 湍流相干结构 起沙贡献 

摘      要：起沙机制是沙尘暴天气研究中一个重要问题.本文基于中蒙中区一次沙尘暴天气过程,通过提取沙尘源地涡动相关数据中的湍流相干结构(Coherent structure,简称为CS),研究了CS在起沙中的作用.结果发现:(1)起沙期间存在CS,其典型特征表现为上扬—下扫循环,即暖空气的辐合上升与冷空气的辐散下沉相伴;(2)起沙期间,CS具有频次高、持续时间短、间歇性适中、连发频繁、速度切变大、水平尺度远大于垂直尺度和尺度变化比较大的特点;(3)CS是重要的起沙机制,它可起动粒径在0.1~156μm之间的各种沙粒,起动最多的是粒径低于8μm的粉粒与粘粒,但CS不是唯一的起沙机制;(4)CS的上扬与下扫两过程均可引起起沙,区别在于前者通过暖空气的上升将沙粒向上空输送,后者则是将上空高速冷空气拖带下来引起地表沙粒的起动;(5)CS起沙分为单起式和连发配合式两种形式.单起式是单发CS产生的起沙形式,连发配合式是连发的CS产生的跃移—上扬的配合起沙形式.其中,连发配合式为主要形式;(6)下扫过程对起沙的贡献是上扬过程的1.8~15倍,上扬过程可将下扫过程中起动沙粒的1/3左右向上输送到空中;(7)一般情况下,CS对起沙具有稳定的贡献,其贡献率为51%,当临界起沙风速大于13 m·s-1时,其贡献急剧降低.