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塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2017/4/26 15:57:00

中国气象局塔克拉玛干沙漠大气环境观测野外科学试验基地地处塔克拉玛干沙漠腹地的塔中地区,是目前世界上唯一深入流动沙漠腹地200km以上的大气环境观测试验站。这里深居大陆内部远离海洋,属内陆暖温带干旱沙漠气候、气候干旱、植被稀少、沙丘类型复杂、沙物质流动性强、沙粒粒径细、沙尘暴高发为这里的主要特点。该站对我国以及世界流动性沙漠下垫面陆气相互作用、沙漠边界层、沙漠大气成分浓度及其变化研究具有代表性和参考价值,是研究流动沙漠大气边界层物理过程、沙漠大气环境、沙漠陆面过程十分理想的天然试验场。主要学科方向:①沙漠大气边界层与陆面过程;②沙漠大气环境;③风沙物理学。

1.主要仪器设备和基础设施:

该试验基地根据沙漠边界层研究的需求又细分为超级站、沙漠通量站、风沙观测站、大气成分监测站和区域天气站等5类站点。主站站区占地50亩,并在沙漠南北三处设立辅助试验基地开展地表沙粒运移和陆气相互作用观测试验。同时,拥有295m2的生活办公用房。

①超级站:以塔克拉玛干沙漠腹地塔中作为试验基地,先后建立了80m梯度铁塔探测系统、辐射探测系统、涡动相关探测系统,用于观测塔克拉玛干沙漠的近地层结构、水热通量交换以及地表辐射能量收支。引入系留气艇探测系统、风廓线雷达探测系统、激光雷达用于边界层气象要素和沙尘浓度垂直分布。每个系统配置如下:

A.80m梯度铁塔探测系统:在铁塔10个层次(0.5m1m2m4m10m20m32m47m63m80m)安装10套温湿度和风向风速传感器,探测近地层风向风速、温湿度变化。土壤5层深度(0cm5cm10cm20cm40cm)安装土壤温度、湿度和热通量传感器,为开展沙漠地区地表热源和地表热通量研究。

B.辐射观测系统:在塔克拉玛干沙漠腹地安装全套辐射观测系统,用于沙漠地表辐射收支研究。能够开展的观测项目大气短波辐射、大气长波辐射、地面反射辐射、地面长波辐射、净辐射、散射辐射、太阳直接辐射、紫外辐射A波段、紫外辐射B波段等要素。

C.涡动相关探测系统:以80m铁塔为依托,在铁塔10m32m80m高度分别安装三套涡动相关探测系统,用于观测裸露沙面、裸露沙漠和绿化地交错的复杂下垫面的近地层水热通量和湍流特征观测。

D.系留气艇探测系统:在塔克拉玛干沙漠腹地设立系留气艇滚侧系统,测量沙漠大气边界层垂直多个层次的温度、相对湿度、比湿、风速、风向以及臭氧浓度,获取边界层要素的廓线特征。

E.风廓线雷达探测系统:在塔克拉玛干沙漠腹地设立边界层风廓线雷达,在塔克拉玛干沙漠腹地、沙漠南缘民丰以及沙漠周边地区进行沙漠大气边界层和沙尘暴灾害三维风场及其强度特征的探测试验。

②区域天气站。为了弥补超级站点和通量站之间的空白以及连续捕捉沙尘暴天气的风沙大气边界层结构信息,沿塔克拉玛干沙漠第二条沙漠公路(阿和公路)、第一条沙漠公路(轮台-民丰公路)、尉犁——且末公路和哈若公路(哈密——若羌公路,穿越罗布泊)四条纵向剖面建设了186要素野外无人自动气象站、3套能见度观测仪,建成了沙漠灾害天气中尺度监测站网,开展塔克拉玛干沙漠灾害性天气的无缝监测。

③近地层通量站。按照每200km一套通量站、每一种下垫面一套通量站的思路,在塔克拉玛干沙漠腹地自然沙面、沙漠北缘肖塘古河床过渡带和沙漠北缘哈德沙漠胡杨过渡带安装了10m高度的5层梯度(0.5m1m2m4m10m)铁塔和涡动相关系统,开展了温湿度和风向风速、气压,总辐射、反射辐射、大气长波辐射、地面长波辐射、净辐射、土壤温度、土壤湿度(0cm5cm10cm20cm)、土壤热通量、湍流水热通量的观测。

④风沙监测站。在塔克拉玛干沙漠沙尘天气路径关键区(肖塘、塔中、若羌、策勒)设立风沙观测试验场地,集成安装2m高度的贴地层风速廓线仪、沙尘撞击颗粒数监测仪、土壤温湿度观测仪、地表沙粒蠕移集沙仪、梯度集沙仪、全自动集沙仪和全方位集沙仪等设备建立沙尘通量监测系统,开展从地表至贴地层气象要素、起沙颗粒数、撞击动能、输沙量的实时测定。

⑤大气成分监测站。根据所关注的沙尘气溶胶类型把大气成分站分为降尘站、一般站和综合大气成分站。围绕了解沙漠腹地沙尘气溶胶演变规律和南北疆大气背景场对比分析的需求,在沙漠腹地建设综合大气成分站,在原有系统基础上安装地面臭氧观测仪、多波段浊度计、TSP监测仪、多波段颗粒物在线分析仪和天空成像仪等设备,探测沙漠腹地大气O3浓度、颗粒物浓度和天空状况;一般站安装中采用捕捉沙尘天气关键点沙尘浓度为原则,安装TSP监测仪和大气降尘监测设备;降尘站设计中主要以获取面域尺度的大气降尘信息为出发点,在南疆沙漠重要公路沿线县市安装降尘收集器,定期取样,获取降尘量和化学组分。在塔克拉玛干沙漠及周边地区布设地面臭氧观测站3个,沙尘气溶胶观测站共28个,其中布设有28个大气降尘点、6TSP观测点、1PM10观测点、1个天空成像仪站、4个多通道在线沙尘气溶胶浓度观测点、1个大气浊度观测点,开展了全疆沙尘气溶胶的点线面观测。

2.主要观测试验

①地表起沙输送观测试验:获取地表起沙相关数据,研究地表沙粒运移活动规律,研究起沙输送参数及参数化方案。目前已获取风沙流结构、地表起沙参数、研究沙尘通量参数化方案。

②流动沙漠区陆气相互作用观测试验:获取沙漠区陆气相互作用特征,陆气相互作用参数,研究陆面过程参数化方案。目前已获取塔克拉玛干沙漠陆气相互作用特征和地表参数和参数化方案。

③流动沙漠区地表参数观测试验:获取塔克拉玛干沙漠不同下垫面地表比辐射率参数。目前已获塔克拉玛干沙漠不同下垫面地表比辐射率参数。

④流动沙漠区地表碳收支观测试验:获取塔克拉玛干沙漠土壤呼吸特征,揭示沙漠地表碳收支。目前已获塔克拉玛干沙漠不同下垫面地表土壤呼吸特征。

⑤沙漠腹地风廓线雷达探测试验:获取沙漠大气边界层风廓线资料和沙尘暴探测资料,研究边界层风场特征。

 

 

 

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