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《中国地区沙尘气溶胶输送过程数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第24卷第1期气象科学Vol.24,No.12004年3月SCIENTIAMETEOROLOGICASINICAMar.,2004①中国地区沙尘气溶胶输送过程的数值模拟周荣卫刘红年蒋维楣(南京大学大气科学系,南京210093)摘要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
2、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。关键词沙尘气溶胶起沙机制大气输送干湿沉积分类号P421文献标识码A引言沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分。在沙尘暴多发期间,大量的沙尘气溶胶通过大气的输送到达下游地区,对这些地区的环境和生态系统以及气候都有着很大的影响。我国北方的大部分地区因为气候干燥,全年少雨,以及植被较少,再加上长期的风蚀作用,使这些地[1]区出现了我国北方地区四个主要沙尘暴源区。现在沙尘暴已成为我国以及全世界环境问题之一。随着
3、对沙尘问题的重视以及沙尘气溶胶观测资料的积累,自从80年代以来已经有很多学者对沙尘气溶胶的输送问题做了大量的研[2]究工作。其中,Westphal等(1987)利用撒哈拉沙漠的观测资料建立了二维沙尘气溶胶模[3]式,并对沙尘的长距离输送做了研究。Kitamarthi等(1993)利用轨迹模式对沙尘输送进行[4]研究。王自发等(1997)考虑了沙尘的干沉积、湿清除的参数化,沙尘的分谱机理及微物理过程,还耦合了沙尘粒子表面非均相化学过程,建立了一个适合我国北方地区沙尘输送模拟与[5][6][7]预报的模型。此外还有很多学者利用起沙时的观测资料得到了起沙的临界风速
4、以及[4][8][9][10][13]起沙量和摩擦速度之间的关系,还有学者对对沙尘暴的天气过程进行分析。本文利用国内先进的中尺度气候模式RIEMS同步耦合一个包含起沙、输送、干湿沉降过程的气溶胶模型,研究了我国沙尘的输送的时空规律。①收稿日期:2002212215;修改稿日期:2003205212基金项目:国家科技部973项目(G1999043403)和国家自然科学基金项目40205016第一作者简介:周荣卫(19792),男(汉),江苏东台,南京大学大气科学系硕士研究生,主要研究环境和空气污染模拟1期周荣卫等:中国地区沙尘气溶胶输送过程的数值模拟171模式
5、系统111沙尘输送方程及求解影响沙尘浓度时空分布的因子主要有起沙源强、平流输送、湍流输送、干沉降、湿清除等。本文中的区域气候模拟是中国科学院大气物理研究所东亚中心在MM5v2基础上发展起来的新版本RIEMS1.0模式(RegionalIntegratedEnvironmentalModelSystem),与原来的MM5v2相比,RIEMS1.0增加了植被2气候相互作用的陆面过程和CCM3的辐射方案。RIEMS的具体过程可参见东亚中心的技术报告(2001)。气溶胶模型采用与RIEMS模式相同的σ坐标,在水平方向将沙尘气溶胶浓度场定义在交叉网格点上。其方程形式为
6、相应的质量守恒形式的浓度方程为5C5C5C=-¨·(ˆvC)+¨·(Ke¨C)+E+()cloud+()dry(1)5t5t5t这里C是气溶胶浓度,ˆv是格点上三维风速矢量,Ke是用于次网格湍流参数化的扩散系数,E5C5C是源排放项,()cloud和()dry分别是由于云过程和干沉降造成的浓度变化率。5t5t模拟域覆盖了中国大部分地区及邻近一些地区,范围为93.4～132.4°E,16.2～44.1°N,中心经纬度为(107°E,32°N),水平格距60km,垂直分为15层。顶部气压为100hPa。112起沙机制及其模型11211起沙条件沙尘从源地起沙是在一
7、定的条件下发生的,在何种条件下起沙一直是研究沙尘气溶胶的关键。影响沙尘是否起沙的因子有地表类型、风速、降水、相对湿度等因子。本文对是否起沙的判断选择了以下判据:(1)风场的判据。达到起沙风速是沙尘起沙的最基本的条件。本文采用临界摩擦速度和风速相结合的方法来判断是否起沙,仅当摩擦速度和风速都符合条件时才有可能起沙。[11]不同的地区不同的下垫面情况采用不同的临界摩擦速度。本文选取的临界起沙风速为[4]10m/s。(2)下垫面的湿度状况判据。采用模式最低层的相对湿度作为判据,只有当相对湿度低于40%才能起沙。表1不同地表面情况的临界摩擦速度U3th取值(单位:c
8、m/s)Table1Thethresholdfric
