沙尘模式优化与东亚沙尘天气量化分级研究

论文摘要

沙尘天气不仅是干旱、半干旱区及邻近地域的一种恶劣的灾害性天气,而且已经成为影响人类健康和经济发展的重要环境问题,因而倍受关注。为了进一步探讨沙尘天气的发生机理并提高对其的预报能力,本论文在综合前人有关风蚀起沙物理机制的基础上,利用邵亚平的沙尘模式系统,讨论了风蚀起沙的各种影响因子,并修正了模式敏感的关键物理量;首次将中国气象局建立的新一代沙尘天气监测网获得的沙尘观测资料应用于数值模式中,利用近两年的新资料估计和优化数值模式中沙尘浓度的初值场,提高了沙尘数值模式系统的预报性能;分析了不同国家同一种沙尘天气类型所表征的沙尘强度的差异,对东亚地区的沙尘天气分级量化,建立了沙尘模式预报定量结果与定性观测之间的相互对应关系,进而提出了一种对沙尘模式业务预报结果定量化评估和检验的新方法,使预报产品更适用于一线预报人员。主要的研究结果如下: （1）选取4种起沙方案的数值模拟检验结果进行比较发现,Shao（1996）、Marticorena and Bergametti（1995）的模拟结果明显大于实际的沙尘天气发生范围,尤其是Marticorena and Bergametti（1995）模拟结果远高于沙尘的实际起沙量;Lu and Shao（1999）起沙方案的模拟结果明显小于实际的沙尘天气发生范围,而只有Shao（2001）起沙方案模拟结果与沙尘天气发生的实际范围和强度较为一致,且该系统的预报产品与实况观测资料有较好的吻合,说明该起沙方案模式对发生在我国的沙尘天气具有较好的预报能力。 （2）本文充分考虑气温、风速、云和降水等对土壤含水量的影响,利用这些要素估算的土壤含水量替换了模式中原有的土壤含水量,对沙尘模式的模拟结果有较明显的改进。并针对该沙尘模式系统中将沙尘初值设为0的不足,用能见度估算大气中PM10浓度和TSP的浓度,优化沙尘模式中沙尘浓度的初值场,使模拟结果更加接近观测实况。初值场的优化对沙尘模式24小时和48小时的模拟都有改进,而且对24小时的模拟改进效果优于48小时的模拟。当有大面积的沙尘天气发生后,尤其大范围沙尘暴天气发生之后,初值场的优化可使模式的模拟效果显著提高。 （3）以往的研究发现,朝鲜发布的沙尘暴的频数多于中国和韩国与其邻近的地区,这些现象表明亚洲地区对同一类型的沙尘天气所表征的强度在不同国家是有差异的。本文分析结果表明:强沙尘暴、沙尘暴天气的TSP和PM10浓度,在我国和日本高于其它地区;扬沙和浮尘天气的TSP和PM10浓度,印度半岛高于其它地区。强沙尘暴TSP浓度的最低值出现在朝鲜;沙尘暴的TSP浓度的最低

论文目录

• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 沙尘天气危害
• 1.1.2 沙尘天气概念
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文研究的内容和方法
• 1.3.1 论文资料和方法
• 1.3.2 论文内容
• 参考文献
• 第二章 风蚀物理学与起沙机制
• 2.1 沙尘颖粒
• 2.1.1 沙粒和尘粒概念
• 2.1.2 土壤粒子的粒度成分
• 2.2 土壤粒子的受力分析
• 2.3 风蚀起沙的物理机制
• 2.3.1 风蚀起沙的物理机制
• 2.3.2 粒子的运动形式
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 沙尘天气的数值模拟
• 3.1 沙尘模式
• 3.1.1 风沙模式的起沙方案
• 3.1.2 起沙方案的关键物理量
• 3.1.3 风沙模式输送原理
• 3.2 沙尘数值模式不同起沙方案的模拟效果
• 3.2.1 资料和方法
• 3.2.2 天气形势
• 3.2.3 Shao（1996）的起沙方案
• 3.2.4 Marticorena and Bergametti（1995）的起沙方案
• 3.2.5 Lu and shao（1999）的起沙方案
• 3.2.6 Shao（2001）的起沙方案
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 风蚀起沙的影响因子
• 4.1 叶面积指数对风蚀起沙的影响
• 4.1.1 叶面积指数
• 4.1.2 叶面积指数变化对风蚀起沙的影响
• 4.2 植被覆盖对风蚀起沙的影响
• 4.2.1 植被覆盖
• 4.2.2 植被覆盖变化的影响
• 4.3 土壤含水量对风蚀起沙的影响
• 4.3.1 估算土壤湿度
• 4.4 海温对风蚀起沙的影响
• 4.4.1 SVD的原理和方法
• 4.4.2 SVD的分解结果
• 4.4.3 海温对沙尘天气发生影响的数值分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 沙尘模式沙源的改进
• 5.1 沙源的分布
• 10浓度和能见度的关系'>5.2 PM₁₀浓度和能见度的关系
• 10浓度变化'>5.2.1 PM₁₀浓度变化
• 10浓度和能见度的关系式的建立'>5.2.2 PM₁₀浓度和能见度的关系式的建立
• 10浓度和能见度统计关系式的检验'>5.2.3 PM₁₀浓度和能见度统计关系式的检验
• 5.2.4 两种资料中能见度数值的比较
• 5.3 TSP浓度和能见度的关系
• 5.3.1 TSP浓度变化
• 5.3.2 TSP浓度和能见度的关系式
• 5.4 沙尘模式初值场的改进
• 5.4.1 沙尘浓度初值场改进效果检验个例一
• 5.4.2 沙尘浓度初值场改进效果检验个例二
• 5.4.3 沙尘浓度初值场改进效果检验个例三
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 东亚地区沙尘天气的量化分级及模拟结果的检验
• 6.1 资料和方法
• 6.1.1 资料
• 6.1.2 方法
• 10浓度分级'>6.2 沙尘天气的PM₁₀浓度分级
• 6.3 沙尘天气的TSP分级
• 6.4 沙尘天气的风速分级
• 6.5 个例分析检验
• 6.5.1 检验个例一
• 6.5.2 检验个例二
• 6.6 小结
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 主要结论
• 7.2 论文创新点
• 7.3 需要进一步改进和完善的工作
• 在学期间的科研情况
• 致谢