民勤與河西走廊的風(fēng)沙

1單次側(cè)沙源和地形特征對民勤泥沙起沙的影響隨著沙氣候研究方法和方法的豐富和適應(yīng)性的提高，它逐漸從定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎俊?shù)值模式已成為研究特定區(qū)域性沙塵天氣形成的物理機制必不可少的工具,目的在于精細(xì)化沙塵天氣的預(yù)報,目前一些沙塵數(shù)值模式已建立并發(fā)展起來,它們?yōu)樯硥m暴的發(fā)生機制以及預(yù)報提供了新途徑。近些年來,研究沙塵模式方面的工作也在逐漸全面化,紀(jì)飛等和劉春濤等在沙塵模式中耦合MM4,Shao使用沙塵暴的起沙數(shù)值模式,李耀輝等把沙塵暴模式耦合在新一代數(shù)值模式GRAPES中,建立了西北地區(qū)沙塵暴數(shù)值預(yù)報模式。劉志麗等對沙塵氣溶膠的移動路徑采用HYSPLIT4模型進行質(zhì)點后向軌跡分析方法進行探討;Gong等開發(fā)NARCM模式等。此外,風(fēng)洞實驗、地理信息系統(tǒng)、分形理論等技術(shù)手段也為沙塵天氣研究提供了新途徑。董治寶等在風(fēng)洞模擬實驗的基礎(chǔ)上,研究了不同下墊面特征與風(fēng)沙流活動的物理關(guān)系;Carlson利用遙感的光學(xué)厚度數(shù)據(jù)對一次沙塵天氣攜沙總量進行計算;趙琳娜等利用集成較高精度的地理信息數(shù)據(jù)及沙塵暴數(shù)值模式系統(tǒng)對一次沙塵暴的氣象背景、起沙源及沙塵輸送進行模擬并取得較好結(jié)果;從2002年起,由國家氣象中心研發(fā)的沙塵同期數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)已開始投入到中國沙塵天氣實時業(yè)務(wù)預(yù)報的使用中,同時在應(yīng)用過程中不斷被改進。近年來,許多學(xué)者借助中尺度數(shù)值模式對沙塵暴的研究展開相應(yīng)工作,并且取得了顯著成就,尤其對造成沙塵暴發(fā)生的天氣系統(tǒng)和物理量場配置的模式輸出量方面有很多研究,但對于不同發(fā)展期沙塵暴的物理量分布特征變化,尤其是針對地形影響沙塵暴天氣的研究較少。中國西北不同區(qū)域沙塵暴的發(fā)生發(fā)展具有明顯的地域特征。地形不同,其沙塵粒子特征(粒徑分布、水分含量等)不同,起沙所需的風(fēng)動力條件就不同,如王訓(xùn)明等對戈壁地區(qū)下墊面覆蓋影響風(fēng)蝕強度做了實驗研究,段海霞等對2011年7次沙塵暴過程中土壤濕度與沙塵暴發(fā)生之間的關(guān)系做了分析。西北地域廣袤,以沙漠、戈壁、廢耕荒地、稀疏植被等干旱半干旱地貌景觀為主,均為風(fēng)沙活動的重點區(qū)域,而其中的河西走廊因其“狹管”地形,成為西北沙塵暴多發(fā)區(qū)。民勤位于河西走廊中段,在其周邊很小的范圍內(nèi),集中分布著沙漠(荒漠)、沙漠-綠洲過渡帶和綠洲3種西北干旱區(qū)典型的地表形態(tài),構(gòu)成了干旱區(qū)主要的起沙下墊面條件,使得民勤具有研究西北干旱區(qū)起沙近地面主要特征得天獨厚的優(yōu)勢。民勤又地處巴丹吉林和騰格里兩大沙漠的接壤地帶,正好位于雅布賴山和龍首山形成的小型“狹管”口下方,有利的地形和豐富的沙塵源,加之又是中國西北路徑冷空氣的必經(jīng)之地,使得民勤又成為河西走廊沙塵暴的重點發(fā)生區(qū)。那么,“得天獨厚”的地形條件對民勤沙塵暴的多發(fā)究竟有何具體影響?本文利用數(shù)值模擬手段試圖探討這一問題。2010年4月24至25日,受北方冷空氣影響,甘肅省大部分地區(qū)相繼出現(xiàn)了大范圍的沙塵天氣。4月24日19:09和20:00,民勤兩次出現(xiàn)“黑風(fēng)”,能見度達到0m,10min的最大風(fēng)速達18.4m·s-1(8級),黑風(fēng)持續(xù)時間超過2h,21:10—22:13轉(zhuǎn)為強沙塵暴,最小能見度300m,強沙塵暴持續(xù)1h。本文針對此次民勤的特強沙塵暴天氣過程,利用沙塵數(shù)值模式GRAPES_SDM對沙塵暴的起沙和沙塵濃度進行模擬,由于民勤地區(qū)特殊的地形,對模式采取地形參數(shù)化方案,即通過改變特定區(qū)域地形特征,設(shè)計其對沙塵暴影響的敏感性試驗,在此基礎(chǔ)上初步探討特殊地形對沙塵暴會產(chǎn)生怎樣的影響。這將為探討民勤生態(tài)環(huán)境脆弱性的原因、合理修復(fù)和治理提供科學(xué)依據(jù)。2數(shù)據(jù)和grahamtrading2.1常規(guī)資料和熱資料本文所用資料主要有:①野外觀測資料,即利用GRIMMEDM180顆粒物監(jiān)測儀觀測的此次沙塵暴過程中的PM10、PM2.5、PM1.0數(shù)值。②民勤縣氣象站(中國北方沙塵暴觀測站之一)4月22—27日標(biāo)準(zhǔn)等高面層上的高空氣象要素值;逐日每1h的常規(guī)觀測資料,包括氣溫、相對濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、地表溫度、能見度。③國家氣象局下發(fā)的每6h一次的T213格點資料,用于模式初始場和邊界條件。除具體注明外,文中時刻都為北京時間。2.2基于共享機制的沙塵數(shù)值模式GRAPES_SDM是中國氣象局蘭州干旱氣象研究所和中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報發(fā)展中心合作研制的耦合于GRAPES(Global/RegionalAssimilationandPredictionEnhancedSystem)的沙塵數(shù)值模式(SandandDustModel)系統(tǒng)。此模式包括了沙塵天氣過程中的起沙、沙塵傳輸、并合、吸濕增長、沙塵的干沉降與云下清洗等物理過程。針對中國西北沙塵暴的地表及沙塵源區(qū)氣候特征,此模式是目前沙塵暴模式中使用較為廣泛的沙塵數(shù)值模式。GRAPES_SDM根據(jù)西北地區(qū)下墊面特征做了一系列改進工作,如進行了土地利用反演、土壤質(zhì)地反演、土壤濕度反演,為沙塵濃度提供初值,增加3DVAR_DUST系統(tǒng),及對民勤地區(qū)的土地利用進行更精細(xì)的反演等等,并建立了沙塵模式預(yù)報定量結(jié)果與定性觀測之間的相互對應(yīng)關(guān)系,使得模式性能得到較大提高。但從實際應(yīng)用的情況看,模式對沙塵濃度的預(yù)報和模擬結(jié)果與觀測結(jié)果相比仍存在一定的系統(tǒng)性略偏高。2.3氣象要素輸出量模擬初始和邊界場采用國家氣象局下發(fā)的每6h一次的T213資料;模式模擬輸出相關(guān)氣象要素值。本次模擬時間從4月23日00:00開始,至26日20:00結(jié)束,共84h。模式結(jié)果:每1h輸出一次(2)GRAPES每6h給沙塵模式輸入一次邊界條件。2.4日植物葉片中常用的在線比較利用民勤氣象站4月24—26日常規(guī)觀測數(shù)據(jù)與模式模擬相同時間段輸出數(shù)據(jù)作對比,結(jié)果如圖1。從圖1可看出,在民勤黑風(fēng)發(fā)生時,沙塵濃度觀測與模擬值都急劇增大。據(jù)實況結(jié)果得知,25日沙塵暴的持續(xù)使得沙塵濃度值穩(wěn)定在一個峰值狀態(tài)下,25日07:00—19:00觀測值與模擬值都是峰值區(qū);在24日19:00沙塵暴爆發(fā)時,地面氣壓有明顯下降趨勢,總體來看,觀測值與模擬值結(jié)果相近。從圖2A中可看出,在24日19:00之前,地面溫度觀測值與模擬值都處在峰值區(qū),模擬值偏小,整體趨勢在時間上是吻合的。圖2B顯示,在沙塵暴初期,觀測值與模擬值的臨界風(fēng)速大概在5m·s-1,最強沙塵暴爆發(fā)時,模擬值在時間上要提前于觀測值,整體趨勢相近。3土地對人類旅行的影響的敏感模擬試驗3.1影響沙帶的地形3.1.1從拉瑪干到反應(yīng)地區(qū)的引領(lǐng)作用沙塵暴經(jīng)過時,大量沙塵會伴隨著大風(fēng)被吹離地面。從相關(guān)沙塵天氣的觀測事實中可以驗證地形對沙塵上揚高度的影響,例如兩個重要的沙塵源地———蒙古國、內(nèi)蒙古西部和塔克拉瑪干沙漠,在這兩個地區(qū)形成的沙塵暴影響范圍就存在明顯差異。盡管形成于南疆盆地的沙塵暴有時很強,但是影響范圍通常僅局限在西北地區(qū);而在蒙古國及內(nèi)蒙古中西部形成的沙塵暴不僅強度大,而且影響范圍常能擴展到中國華北、東北、長江流域,甚至橫穿太平洋影響美洲西部。山地迎風(fēng)坡地形對沙塵上揚也有影響,這種地形將使氣流產(chǎn)生爬坡運動,從而導(dǎo)致氣流強迫抬升,而這種強迫抬升不需要存在上下游天氣系統(tǒng)的配合,需要的條件僅是當(dāng)遇到地形阻擋時,水平風(fēng)速達到一定強度的氣流被強迫抬升造成沙塵的上揚。3.1.2地形影響下的引領(lǐng)原理沙塵粒子在沙塵暴發(fā)生時主要聚集在邊界層中,中國北方地形高度可能會大于邊界層高度,所以攜帶沙塵粒子的氣流遇到地形坡度較緩且地形高度小于邊界層高度時,攜沙氣流會沿著坡地爬升,部分沙塵翻越地形后在背風(fēng)坡處沉降,從而造成沙塵擴散強度的減弱;當(dāng)攜沙氣流遇到地形坡度較陡且地形高度大于邊界層高度地形時,由于地形阻擋使得氣流產(chǎn)生明顯繞流,進而改變沙塵擴散的方向。如果在高原地區(qū)發(fā)生沙塵暴,則攜沙氣流移向下游平原地區(qū)受地形阻擋很小,同時陡峭的下坡地形會加大沙塵擴散程度。中國地形呈現(xiàn)出西高東低、西北高東南低的特點,其中西部和北部高原地區(qū)是沙塵天氣的頻發(fā)區(qū)。因此沙塵傳輸在地形因素影響下將向南部和東部地區(qū)擴展。大氣層結(jié)狀態(tài)對沙塵暴的發(fā)生和維持具有重要的影響。沙塵暴發(fā)生時邊界層常會形成混合層,加之特定的地形上下游配置可以形成混合層平流,我們借助圖3來了解這種地形影響。圖3A中,a區(qū)為高原上形成的深厚混合層,當(dāng)上下游地形落差較小時,a區(qū)的混合層空氣平流到平原上空b區(qū),由于高原地勢較低,此時b區(qū)與平原的地面混合層c區(qū)之間位溫差異很小,氣流很容易連通,從而形成更為深厚的混合層。顯然這種情況下有利于高原a區(qū)的沙塵暴向下游平原地區(qū)擴展,同時也會導(dǎo)致下游平原地區(qū)沙塵暴的強度加強,這種傳輸特點可以看作整體推進式的傳輸。相反,當(dāng)a區(qū)高原地勢高,上下游地形落差較大時,如圖3B所示,a區(qū)混合層空氣被平流到平原上空b1區(qū),在地形的影響下,b1與c1區(qū)之間的位溫差異較大,b1區(qū)與c1區(qū)之間被隔斷,b1區(qū)的沙塵要沉降必須通過一定的外力系統(tǒng)系作用產(chǎn)生下沉運動。因此,這種地形形成的大氣層結(jié)狀態(tài)不利于高原的沙塵進入c1區(qū),c1區(qū)沙塵暴強度將相對較弱。而b1區(qū)的沙塵可能會通過較少的沉降實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的分離式輸送。中國北方地形異常復(fù)雜,以上兩種不同地形的情況都有可能出現(xiàn),不同的地形配置對沙塵暴擴展的影響方式和程度是不同的。3.1.3沉降氣流形成的地形波地形不僅對沙塵傳輸、上揚有影響,還對沙塵沉降有作用。對存在于行星邊界層中的沙塵,氣流遇地形下坡過程中,由于強迫產(chǎn)生的下沉氣流會造成沙塵在擴散發(fā)展的同時沉降,沉降值與地形坡度成正比。此外,某區(qū)域地形的起伏形成的地形波,不僅出現(xiàn)在地面附近,還能夠以由下而上的運動方式向?qū)α鲗訑U展,地形波隨地形尺度的增大(減小)而減小(增大)。因此,在自由大氣中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)纳硥m將在地形波下沉支的強迫下沉降,特別是在沒有系統(tǒng)性的下沉運動形成時,這種影響非常明顯。3.1.4地形條件的“郁管效應(yīng)”當(dāng)氣流由開闊地帶流入地形構(gòu)成的峽谷時,風(fēng)速增大;而流出峽谷時,空氣流速又會減緩,這種地形峽谷對氣流的影響被稱為“狹管效應(yīng)”。狹管處的風(fēng)速V2與入口處的風(fēng)速V1有著如下關(guān)系:V2=V1*(L1/L2),其中L1為狹管入口處的截面寬度,L2為狹管出口的截面寬度;地形的“狹管效應(yīng)”特點是,當(dāng)氣流由開闊地帶流入峽谷時,空氣將會加速流動,風(fēng)速增大。河西走廊為1100km呈西北-東南向的狹長地帶,南有祁連山、阿爾金山,北有馬鬃山、合黎山、龍首山,南北山之間形成較窄的狹管。這種特殊的地理環(huán)境在沙塵暴的發(fā)展中起著重要的作用。3.2巴丹吉林沙漠西部陸緣加里東地區(qū)民勤位于河西走廊中段北側(cè),地處巴丹吉林沙漠東南側(cè),騰格里沙漠的西北側(cè)(圖4)。巴丹吉林沙漠東端雅布賴山脈,是巴丹吉林和騰格里沙漠之間隆起的一個山脈,為東北-西南走向,海拔1600~1800m,面積1800km2,長約110km,最寬處20km,最高峰1938m,是巴丹吉林沙漠東部邊緣的重要屏障,其東南角是阿拉善右旗高地,雅布賴山與阿拉善右旗高地對峙,與河西走廊中部偏北的龍首山一起組成西北-東南走向的喇叭狀峽谷帶。龍首山屬于河西走廊北山的一部分,地處38°55′—38°58′N、100°55′101°00′E,海拔2100~3439m。民勤正位于由龍首山和雅布賴山這兩座山脈形成的喇叭形山口東南方向下游不遠(yuǎn)處,是河西走廊“狹管”中部的又一小“狹管”。由于被巴丹吉林和騰格里兩大沙漠包圍著,整個民勤綠洲地貌多為流動或半流動的沙丘及其圍繞著的綠洲,加之河西走廊大的地理環(huán)境背景下民勤周邊特殊地形———雙“狹管”,為民勤沙塵暴天氣多發(fā)易發(fā)提供了動力條件和豐富的沙源。3.3特殊地形條件下的強、特強擊穿天氣位于雅布賴山南端沙口西南方的民勤,處于龍首山與阿拉善右旗高地形成喇叭口狀峽谷的東南側(cè)。日間溫度在戈壁沙漠地區(qū)迅速上升而導(dǎo)致的熱力不穩(wěn)定、地形因素引起的動力抬升和擾動作用以及狹管效應(yīng),都會為觸發(fā)沙塵天氣的局地中、小尺度天氣系統(tǒng)提供有利條件,若此時配合適當(dāng)?shù)拇蟪叨忍鞖庀到y(tǒng),則由這種特殊地形和下墊面引起的中、小尺度系統(tǒng)會促使強或特強沙塵暴的發(fā)生。傾繼祖等對1993年5月5日強沙塵暴的研究發(fā)現(xiàn),此次強沙塵暴天氣發(fā)展過程中,有兩個沙塵暴的核心區(qū)分別位于狹管地形處和雅布賴山南端沙口下風(fēng)方。氣流在“狹管效應(yīng)”作用下風(fēng)速加大的結(jié)果正是造成民勤大風(fēng)日數(shù)多的重要原因。試驗所選研究區(qū)域如圖5所示。根據(jù)以上特殊地形,利用GRAPES_SDM模式中的static_data.ctl進行區(qū)域選取,圖5A中的黑色實線區(qū)域為雅布賴山脈所在區(qū)域,圖5C中黑色實線區(qū)域代表龍首山及河西走廊南邊祁連山脈區(qū)域;圖5B和圖5D分別是對應(yīng)于雅布賴山和龍首山及河西走廊南邊祁連山區(qū)域的模式格點范圍。3.4地形對植物的敏感性試驗本文在控制試驗的基礎(chǔ)上設(shè)計了3種方案進行敏感性試驗,模擬研究民勤及其周邊特殊地形地貌對起沙(地面風(fēng)速、沙塵通量)、擴散等的作用。為簡單起見,將形成民勤小“狹管”的龍首山和雅布賴山分別稱為南山、北山。使用原地形高度資料作為控制試驗。敏感性試驗方案一:在原地形高度基礎(chǔ)上將所選兩塊區(qū)域(即南、北兩山)的地形高度減小50%;敏感性試驗方案二:在原地形高度基礎(chǔ)上將所選兩塊區(qū)域的地形高度增加一倍;敏感性試驗方案三:保持原地形高度不變,對所選兩塊區(qū)域地形進行移動,即增加南、北兩山間的距離。主要從4個方面來分析地形對沙塵暴的作用:A.風(fēng)速;B.地面沙塵通量;C.沙塵輸送和擴散;D.沙塵濃度。選取民勤地區(qū)來分析風(fēng)速和地面沙塵通量在地形控制試驗與敏感性試驗中的差異(圖6)。3.4.1變化地形時風(fēng)速隨時間變化從圖7可看出,地形經(jīng)過3次方案改變后,對于民勤上游峽口站點來說,相對于控制試驗,地面風(fēng)速在時間上有明顯變化。敏感性試驗方案一的風(fēng)速略有加大,數(shù)值約為14m·s-1;敏感性試驗方案二的風(fēng)速隨時間變化整體趨勢是增加的,但在沙塵暴過境時的速度減小為11m·s-1;敏感性試驗方案三中移開兩山方案中,風(fēng)速明顯下降。為了仔細(xì)分析改變地形對于單站風(fēng)速的影響,基于3種敏感性試驗方案中單站風(fēng)速隨時間變化,與控制試驗的風(fēng)速值做差值進行比對,結(jié)果如圖8所示。從圖8發(fā)現(xiàn),敏感性試驗方案一中風(fēng)速值相對于控制試驗在24日20:00的差值為-3m·s-1,而此時對應(yīng)于沙塵暴爆發(fā)時期,其余時刻的風(fēng)速差值幾乎都維持在0m·s-1以上,說明敏感性試驗方案一的地形在沙塵暴發(fā)生時對民勤站的風(fēng)速有消弱作用。敏感性試驗方案二中,風(fēng)速與控制試驗差值在沙塵暴過境前后為負(fù)值,整體數(shù)值在0m·s-1以上,說明改變地形后的風(fēng)速大于控制試驗中的風(fēng)速。根據(jù)地形對攜沙氣流的作用可知,敏感性試驗方案二中,氣流遇山體發(fā)生明顯的繞流,原本經(jīng)過民勤站時的風(fēng)速會因繞流匯合而加強。敏感性試驗方案三中的風(fēng)速值明顯要大于控制試驗中的風(fēng)速值,谷值出現(xiàn)在24日20:00前沙塵暴爆發(fā)時期,差值為-2m·s-1左右,當(dāng)增大山距后,原本存在的地形對大風(fēng)經(jīng)過民勤的阻擋會減弱,這種結(jié)果的產(chǎn)生可以說明第三種方案會加強所選地形下游某一地區(qū)風(fēng)速值。3.4.2地面常用敏感性試驗控制試驗中,地面起沙通量在24日20:00達到峰值,值約為15000g·s-1·m-2,隨后起沙通量有小浮動(圖9A);同樣的時間段,敏感性試驗方案一中,本地沙塵通量峰值減為11000g·s-1·m-2(圖9B);敏感性試驗方案二中,24日20:00地面沙塵通量峰值降為9000g·s-1·m-2以下,整體小于控制試驗中的數(shù)值(圖9C);敏感性試驗方案三中,地面沙塵通量峰值為12000g·s-1·m-2左右,且在24日08:00(世界標(biāo)準(zhǔn)時間)有較小沙塵通量值(圖9D)。對比這3種敏感性試驗方案與控制試驗地面沙塵通量峰值發(fā)現(xiàn),相同時間段內(nèi),3種地形敏感性試驗?zāi)M沙塵通量峰值要低于控制試驗中的數(shù)值,其中減少最多的是敏感性試驗方案二。3.4.3試驗設(shè)計及結(jié)果根據(jù)本次民勤黑風(fēng)暴發(fā)生的時間段選取3個不同時間點(24日17:00、19:00、21:00),在3種敏感性試驗方案基礎(chǔ)上,分析地形對沙塵輸送的影響。3.4.3.動態(tài)地形對比控制試驗顯示,沙塵暴爆發(fā)前24日17:00(圖10A)河西走廊以北巴丹吉林沙漠周邊地區(qū)已出現(xiàn)大風(fēng)沙塵天氣。沙塵暴爆發(fā)時19:00(圖10B),在祁連山和雅布賴山形成的狹管效應(yīng)地形作用下,河西走廊地區(qū)風(fēng)矢量有向中心壓縮的趨勢。此次黑風(fēng)發(fā)生時,沙塵濃度值大且范圍廣,民勤處于大值區(qū)中。從風(fēng)場形勢看,風(fēng)速較大的地方對應(yīng)于沙塵濃度的高值區(qū),觀察河西走廊地形處的風(fēng)向發(fā)現(xiàn),在兩山脈之間明顯有風(fēng)速的密集帶,并且在河西走廊南緣,在地形的作用下風(fēng)向有繞流狀態(tài),而對于雅布賴山區(qū)域,由于此山本身的高度不大,所以風(fēng)場繞流形勢不太明顯。到21:00沙塵暴強度明顯減弱,河西走廊地區(qū)風(fēng)速的密集帶隨之消失,沙塵濃度高值中心移出民勤地區(qū)(圖10C)。敏感性試驗方案一與控制試驗對比發(fā)現(xiàn),沙塵暴發(fā)生前(圖10D)、爆發(fā)時(圖10E)及發(fā)生后(圖10F)整體沙塵擴散范圍較控制試驗縮小,正如地形對沙塵傳輸影響一樣,當(dāng)攜沙氣流遇到地形坡度較緩地勢時,攜沙氣流會沿著坡地爬升,部分沙塵還可翻越地形到達背風(fēng)坡造成是沉降,這種地形改變將會減弱沙塵擴散程度。但對于兩山的下游地區(qū),沙塵濃度范圍擴大,配合風(fēng)場形勢發(fā)現(xiàn),龍首山所在研究區(qū)域高度削減之后,對風(fēng)的阻擋作用減小,風(fēng)的繞流已不明顯,且在“狹管”口下風(fēng)方處,由于地形改變的緣故,風(fēng)速密集區(qū)消弱,中心強度也相應(yīng)減弱(圖10E)。3.4.3.偏北風(fēng)和偏西風(fēng)增加一倍山高后,沙塵暴發(fā)生前(圖10G)、中(圖10H)、后期(圖10I)的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),在原本沙塵濃度的集中區(qū)域被分成兩部分,由于河西走廊處祁連山脈的增高,西北風(fēng)在經(jīng)過此處時受阻,轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)與偏西風(fēng)兩類,偏北風(fēng)促使祁連山脈以南的青藏高原北部地區(qū)出現(xiàn)沙塵濃度強度中心;偏西風(fēng)與雅布賴山區(qū)域南邊的風(fēng)匯合經(jīng)過民勤地區(qū)。圖10H風(fēng)速比控制試驗圖10B大一倍,而沙塵濃度高值區(qū)范圍縮小。當(dāng)?shù)貏菹鄬Ω叩牡赜虬l(fā)生沙塵暴,攜沙氣流向下游地區(qū)的擴散不僅不受阻擋,還會加劇沙塵暴向東部和南部地區(qū)發(fā)展。我們從圖10G-I對比控制試驗可看出,沙塵范圍的確是繞過山體向南部擴散,并形成新的沙塵中心,而且山體高度增加后的阻擋作用使沙塵向東傳輸和擴散的強度明顯減弱。3.4.3.民勤地區(qū)偏北風(fēng)風(fēng)場現(xiàn)狀由圖10J-L可知,通過把包括龍首山在內(nèi)的祁連山脈向西南方向移動、雅布賴山向東北方向移動后,風(fēng)場形勢相比控制試驗有明顯的不同,西北風(fēng)在河西走廊中部以西由于山地的阻擋風(fēng)向轉(zhuǎn)為西南偏西風(fēng),且有沙塵的堆積。雅布賴山的移動促使上游西北風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠憋L(fēng),民勤地區(qū)沙塵暴影響范圍減小,沙塵濃度值減小,風(fēng)速增大。對比控制試驗與方案三沙塵影響范圍發(fā)現(xiàn),方案三中由于增大兩山脈之間距離,使得氣流遇山向河西走廊地區(qū)匯合,風(fēng)向較控制試驗中發(fā)生轉(zhuǎn)變,在這種地形作用與風(fēng)場形勢下,沙塵濃度較控制試驗減小,沙塵影響范圍在向東南方向擴散過程中有所擴大。3.4.4敏感性試驗方案為了更直觀地分析本次研究區(qū)域發(fā)生的特強沙塵暴在不同地形條件下的變化情況,給出民勤站的控制試驗(圖11A)與敏感性試驗(圖11B-D)沙塵濃度模擬結(jié)果。從圖11A可以看出,本次特強沙塵暴發(fā)生前后,民勤地區(qū)總共經(jīng)歷了3次沙塵濃度的高值階段,其中24日20:00沙塵濃度值最大,為17000μg·m-3,這時也正是黑風(fēng)爆發(fā)前后,之后的峰值都減小。敏感性試驗方案一中,沙塵暴發(fā)生時民勤的沙塵濃度值較控制試驗略有降低,峰值為16000μg·m-3,其后沙塵濃度趨勢仍比控制試驗有較為明顯減小(圖11B)。敏感性試驗方案二中,沙塵濃度在黑風(fēng)爆發(fā)前后較控制試驗明顯降低,峰值為11000μg·m-3,但隨后的兩次沙塵濃度明顯高于控制試驗,也高于24日20:00的峰值(圖11C)。敏感性試驗方案三中,24日20:00左右民勤地區(qū)沙塵濃度值幾乎為零,其后的兩次峰值相近,為12000μg·m-3(圖11D)。3種敏感性試驗方案中民勤地區(qū)的沙塵濃度值都呈減小趨勢,其中,減小程度最大的是敏感性試驗方案三,敏感性試驗方案二次之。4地形變化對民勤站內(nèi)不同地形的影響表3本文對2010年4月24日民勤