摘要
本文利用地面观测资料，借助耦合了起沙模块的大气/化学全耦合模式(WRF/Chem)，分析沙尘预报过程中的敏感因子，确定了适用于中国西北地区起沙参数化方案的敏感因子的取值，模拟了中国西北地区的强沙尘天气过程，分析了沙尘气溶胶的辐射强迫及其与边界层的相互作用。沙尘暴预报对防灾减灾非常重要，然而目前沙尘暴的模拟预报尚存在较大的不确定性，其中沙尘排放即起沙参数化方案是否适当是一个关键影响因素。本文将邵亚平2004年提出的起沙参数方案与WRF/Chem相结合，模拟了沙尘过程中沙尘粒子的排放、大气中PM10的沉降、输送和垂直分布特征，检验了模式在中国地区的适用性，表明模式能够很好的模拟中国西北地区的沙尘过程，PM10浓度模拟值和范围与观测结果符合很好。 本研究通过敏感性实验分析了沙尘模式起沙参数化方案中土壤塑性压力P和起沙因子 cy对地表水平沙通量以及垂直沙通量的影响，结合发生在中国西北地区的沙尘天气过程，分析了两个参数对沙尘暴模拟的不确定性，选择确定了适用于中国西北地区的土壤塑性压力P和起沙因子cy的取值。模拟的强沙尘暴过程表明，沙尘排放区域集中在张掖-武威-民勤一线，排放最大值超过55000mg/m2，PM10在沙尘排放源地迅速沉降到地面，其中民勤地区干沉降占沙尘排放的约5%，银川地区干沉降量占72%，敦煌地区沙尘排放仅为4.01mg/m2，干沉降量为6.23mg/m2，而民勤地区排放量达到5040.79mg/m2，干沉降量为231.74mg/m2，西安地区沙尘干沉降为63.62mg/m2。此次沙尘天气的主要沙尘源地位于民勤，黑风暴过程中民勤PM10排放为5.04 t/km2；分析PM10不同地区的垂直浓度分布情况，发现PM10集中分布在3000m以下的大气中，并能够扩散到更高被输送到几千公里外。模拟分析了沙尘气溶胶对边界层内气象场的影响，结果表明沙尘气溶胶对地面温度的影响与沙尘层的高度、浓度和时段有关。在夜间，高浓度的沙尘气溶胶能够加热低层大气，可以使得低层大气升高1℃以上，沙尘气溶胶的这种“保温”作用还与地表反照率相关，地表反照率越大加热越强；而在沙尘气溶胶所在的中上层具有降温的作用。在白天，沙尘气溶胶使低层降温，地面温度降低约3℃。
NETL