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尘卷风的形成、结构和卷起沙尘过程的数值研究 总被引：6，自引：0，他引：6
文中应用数值算法对尘卷风的发展过程进行了模拟计算与分析。通过模拟计算得到了尘卷风的内部详细结构和运动过程。研究表明尘卷风是由于地面局部增热不均匀而形成的一种特殊的旋转对流运动。在尘卷风形成的过程中 ,外围空气通过贴近地面的薄层被地面加热后流向中心部位 ,外围空气的旋转能量在中心部位得到加强形成尘卷风 ,其旋转能量是热泡原来具有的旋转能量的局部集中和一部分势能转化而形成的 ,其旋转方向是由热对流泡的初始旋转方向所决定。尘卷风是一种类兰金涡 ,旋转速度和压力的分布具有兰金组合涡的特点 ;在成熟阶段 ,尘卷风的详细结构可以粗略地分为 4个区域———地面附近的气流汇聚区域、柱状的涡核区域、旋风与地面作用形成的转角风区域以及涡核外部的外围气流区域。转角区域可以细分为两个子区域———外围的方位角风区域(在该区域 ,上升气流运动方向与轴线之间有一定的夹角 ,称为方位角 )和中心的下沉停滞气流区域。尘卷风中心的低压和急速的上升气流可使大量沙尘扬起 ,不同直径的沙尘颗粒在尘卷风的作用下运动轨迹不同 ,因此卷起不同大小沙尘的尘卷风的外形也是不同的。 相似文献
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尘卷风是近地面气层中的小旋风,使沙尘或其他细小物体随风卷起而形成的一种天气现象。2011年10月27日11时10分和2015年9月13日11时12分发生于上海地区的两次强尘卷风天气过程(北京时,下同)均造成了不同程度的灾害。两次尘卷风均发生在温室大棚区,其下垫面性质和干旱区裸露地面和水泥沥青城市地面极不相同,因此了解其发生原因很有必要。本文利用常规天气图、温度对数压力图、100 m以下5层铁塔风和温度、微波辐射仪以及温室大棚基地自动气象站等资料对这两次尘卷风过程进行了分析。发现.在常规探空都未探测到明显的超绝热现象,但在铁塔观测的地表面层温度垂直廓线结合微波辐射仪及自动气象站等资料揭示了尘卷风发生时近地面气层都具备了超绝热条件。尘卷风发生前后10∶00—12∶00的10～70 m温度垂直递减率γ平均达1.58℃/100 m,极大值达2.33℃/100 m,为干绝热递减率的两倍还多。上海地区10座铁塔测风网获得的10、30、50、70 m近地层风场的旋转和辐合特征揭示了尘卷风旋转的角动量来源。通过分析500、700、850 hPa天气形势探讨了有利于发生尘卷风的大尺度环流条件为尘卷风预报提供参考。最后对这两次尘卷风发生在温室大棚区域而不是自然农田的机理提出了初步看法供进一步讨论。 相似文献
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浑善达克沙地起沙率和起沙量的估计 总被引：17，自引：3，他引：14
利用起沙通量模式和地面起尘半经验方案,估算了浑善达克沙地春季地表的临界起沙风速及沙尘天气期间的起沙通量,以及地面尘排放总量及其平均年增长率。计算结果表明,浑善达克沙地2001年春季地表临界起沙风速为5.61 m.s-1,沙尘天气期间平均起沙通量为4.40×10-7g.cm-2.s-1;1999年该沙区起尘量约占我国北方起尘总量的2.4%,春季起尘占全年的57%;1986年和1999年起沙总量分别为3.73×105t.a-1和4.87×105t.a-1,其平均年增长率为2.07%。 相似文献
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华北强沙尘暴的数值模拟及沙源分析 总被引：8，自引：4，他引：4
首先对2000～2002年春季东亚沙尘天气进行了分析,结果表明有明显的日变化,沙尘暴下午最多,凌晨最少.然后,采用集成的沙尘天气预测系统对2001年4月6～10日、2002年3月19～22日发生的2次强沙尘暴过程进行了预测试验,将沙尘浓度的模拟结果与实况观测进行了对比.对沙源和起沙过程的深入分析表明:2次过程主要的沙尘源地是蒙古国南部,内蒙古中西部、河北北部、山西东北部、甘肃和青海北部等地区;起沙中贡献最大是粒径为2～μm和11～22μm的粒子,华北北部的荒漠化地区2～11μm 和11～22μm的起尘量相当,而内蒙古西部和蒙古国南部沙地附近的起沙以2～11μm为主,总的起尘量中2～11μm粒径组的贡献占90%以上. 相似文献
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本文建立了一个包含沙尘起沙、输送、干沉积和湿沉积过程的气溶胶输送扩散模式．并和中尺度气候模式RIEMS相连接研究了1998年1月、4月、7月和1997年10月的沙尘起沙、输送、干沉积和湿沉积的过程。计算1998年1月、4月、7月和1997年10月气溶胶浓度及其分布．并和这四个月份的平均起沙分布以及北京、郑州和南京的实例沙尘分布作了比较．结果表明我国起沙多发生在春季．同时春季也是我国沙尘强度最大的季节。沙尘在我国西北的沙地和沙漠地区起沙后．向我国的东南方向输送．在输送过程中沙尘浓度逐渐降低。 相似文献
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沙尘天气过程起沙特征的观测试验和参数化研究进展 总被引：3，自引：0，他引：3
沙尘天气过程研究中,起沙过程是沙尘传输和沉降的基础,沙尘模式中的起沙参数化方案决定了能否准确模拟和预报沙尘天气。试验观测和数值模拟是研究起沙过程的重要途径。基于风蚀起沙的物理机制,总结了起沙机制和起沙特征的研究成果,介绍了风蚀起沙的主要影响因子,回顾了起沙关键参数（临界起沙摩擦速度（u*t ）或临界起沙风速（Ut ）、水平跃移沙尘通量（Q）和起沙通量（F））的试验观测及其沙尘模式应用中的参数化方案,并讨论了不同起沙参数化方案的应用与校验。同时,针对目前研究中存在的问题和今后可能的研究方向提出建议。 相似文献
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WRF/Chem模式中两种起沙参数化方案对东亚地区一次强沙尘暴过程模拟的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
利用耦合了GOCART和Shao04两种起沙参数化方案的WRF/Chem模式对2002年3月19~22日发生在东亚地区的强沙尘暴过程进行模拟,着重考察了不同起沙方案对沙尘暴过程模拟的影响。结果表明,耦合了两种不同方案的WRF/Chem总体上均能较合理地模拟出主要的起沙区域、起沙强度的变化以及沙尘浓度的时空演变特征,模式对沙尘源地附近及下游地区地面沙尘浓度时间变化特征的模拟与站点观测结果也十分接近。但总体说来Shao04方案对沙尘起沙的发生以及强度变化过程具有更好的模拟能力,该方案模拟的沙尘浓度与观测更为一致,整体性能要优于GOCART方案。进一步分析发现,由于GOCART方案中采用的临界起沙风速偏小,导致该方案下模拟的沙尘分布范围偏大;另外该方案忽略了蒙古东南部和内蒙古中东部的潜在沙尘源地,从而使得耦合了GOCART方案的模式未能模拟出上述区域的起沙过程,使得该区域及下游地区模拟的沙尘浓度也偏小。但在塔里木盆地,Shao04方案计算的起沙通量偏小,这可能与Shao04方案未能考虑风速较小情况下空气拖曳力夹卷作用对起沙的影响有关,也可能与该方案中采用的土壤质地数据不准确有关。 相似文献
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我国沙尘天气微气象学和湍流输送特征研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
基于风蚀起沙的物理机制,从微气象学角度回顾了国内沙尘天气的研究进展,介绍了沙尘天气过程近地面层微气象学特征,以及湍流通量演变规律和湍流作用对沙尘暴过程参数化的影响。同时,结合国外的相关研究,探讨了国内在沙尘天气研究方面存在的不足和今后的研究方向,如:开展沙尘暴过程数值模式湍流参数化方案的分析及与卫星和实验观测结果的比对研究;获取沙尘天气过程近地面层气象要素垂直廓线的精细分布,加深理解不同沙尘天气演变规律及特征;加强不同沙尘源区土壤湿度对起沙阈值影响的研究;开展不同粒径土壤的起沙率以及沙尘通量廓线演变规律的研究等。 相似文献
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Introducing the surface properties [initial vortex, ground temperature and surface momentum impact height (SMIH)] for the boundary conditions, dust-devil-scale large eddy simulations (LES) were carried out. Given three parameters of initial vortex, ground temperature and the SMIH based on Sinclair's observation, the dust devil physical characteristics, such as maximum tangential velocity, updraft velocity, pressure drop in the inner core region, and even reverse flow at the top of the core region, are predicted, and are found to be close to the observations, thus demonstrating the ability of the simulation. The physical characteristics of different modeled dust devils are reproduced and compared to the values predicted by Renno et al.' theory. Even for smaller temperature differences or weaker buoyancy, severe dust devils may be formed by strong incipient vortices. It is also indicated that SMIH substantially affects the near-surface shape of terrestrial dust devils. 相似文献
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Gustiness and Coherent Structure of Strong Winds and Their Role in Dust Emission and Entrainment 总被引：2，自引：0，他引：2
After the passage of a cold front,spring in northern China,the outbreak of strong wind is often accompanied by dust emissions.Through analyses of data in the atmospheric boundary layer during a typical case,it is revealed there are rather regular gust wave packets superimposed on the basic strong wind flow.The gust-wind wave packets have a period equal to around 3-6 mins and possess coherent structure.As the vertical transport of momentum is decomposed into separate parts by(a) basic flow,(b) gust-wind,and(... 相似文献
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《Atmospheric Science Letters》2001,2(1-4):104-113
Intense columnar vortices in a convecting layer are explored with direct numerical simulations that are otherwise similar to the large-eddy simulations of6, Q. J. R. Meteorol. Soc. 126, 2789–2810). With free-slip boundaries and a Rayleigh number of 106(4096 times critical), vortices similar to large dust devils are readily produced. The genesis, intensity and life cycle of these intense vortices (dust devils) are studied. The simulated dust devils last for the order of the over-turning time of the largest eddies. The intensity is limited by the hydrostatic pressure drop supported by the buoyancy confined in the core. The genesis of a simulated dust devil requires not only tilting of the baroclinically generated vorticity, but also a symmetry-breaking event that allows one sign of vorticity to become concentrated in an updraft. Such symmetry breaking is the rule with random initialization in the simulations. However, when initialization is restricted to certain Fourier modes, exceptions are found that produce only symmetric vortex couplets that are relatively weak. 相似文献
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Large-eddy simulations (LES) of the Martian and terrestrial convective boundary layers (CBL) are performed to compare the
physical characteristics of simulated convective vertical vortices to those of observed dust devils and vortices. Martian
and terrestrial CBLs are outwardly found to have similar structures and turbulence statistics based on primary mechanisms
for the transfer of energy from the insolated surface. Applying the heating effect of radiative flux divergence in the Martian
atmosphere caused differences in atmospheric vertical profiles in the surface and mixed layers of Mars. In general, the Martian
boundary layer is found to be roughly four times deeper than Earth’s, indicating that convection on Mars is more intense than
that on Earth due to a lower atmospheric density. Performing fine-resolution simulations in quiescent atmospheres of the two
planets, it is found that the general vorticity development in all cases is similar and that the Martian vorticity columns
extend six times higher and are 10 times wider than those on Earth. The accuracy of the simulated vortices as compared with
observed physical characteristics is discussed. This study is a necessary part of a larger effort for the Phoenix Mars mission
and examines the possible formation and maintenance mechanisms for vertical vortices in the Martian convective boundary layer
at the Phoenix lander site. 相似文献
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Early observations of snow devils are reviewed and compared to those by Storr (1972). Possible mechanisms involved in their formation are suggested, based on studies of dust devils. 相似文献
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以数值模拟与大规模网络观测的对比结果为基础,通过对“去除”已经沙化土地获得的近地面层粉尘浓度的进一步分析,结合已获得的亚洲沙尘暴各源区粉尘释放量结果,提出我国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献约为6％的观点。 相似文献
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使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。 相似文献
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大气模式差异对沙尘暴模拟结果的影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
使用中国科学院大气物理研究所的沙尘模式和澳大利亚新南威尔士大学的沙尘模式对2002年和2003年的几个沙尘暴个例进行模拟研究,发现在模拟东亚沙尘暴中存在谮的一些差异.作者比较了模拟的沙尘通量和沙尘浓度的日变化差异,以及这种差异与摩擦速度之间的关系,并用500 hPa和850hPa的模拟风速与摩擦速度作了比较.通过分析,作者认为大气模式中的边界层模式差异对沙尘暴中沙尘浓度的模拟能产生较大影响. 相似文献