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新疆大学硕士研究生毕业论文开题报告研究生姓名：刘强学号：107550700724所在学院：资源与环境学院专业名称：环境科学学位类别：工学硕士指导教师：何清填表日期：2008-12新疆大学研究生院制论文题目塔克拉玛干沙漠肖塘地区夏季近地层微气象特征研究1、选题目的、意义。塔克拉玛干沙漠位于亚洲内陆腹地，受湿润气候影响小，特别是青藏高原及其周边山地阻挡了东亚季风，使北部的塔里木盆地成为冬季干燥、夏季少雨的极端干旱区。并且，塔克拉玛干沙漠是内陆干早区气候变化极为敏感的响应区域，年平均出现沙尘暴天30天以上、扬沙天气多达70天，浮尘天气高达200多天，发生期可跨越整个春夏季节，长达7个月之久。正是如此巨大面积的沙漠，复杂严酷的地理环境对我国西北干旱区的气候变化和生态环境有着重要影响这些天气气候过程的发生发展与其沙漠下垫面一大气边界层的动力和热力过程有着极其密切的关系。塔克拉玛干沙漠复杂的自然环境对我国干早区天气气候变化有着重要的影响，它是我国沙尘暴的主要起源地之一。沙尘暴发生和发展所要求的物质沙尘和能量主要通过大气边界层过程来输送和运作。有研究认为，边界层内的大气条件不稳定是强沙尘暴爆发的原因之一。因此，研究干早区大气边界层的结构和特征对进一步探讨我国沙尘暴发生和发展的机理有很重要的理论价值。还有，荒漠化作为一个全球性的重大环境问题，已受到广泛关注，它与全球气候变化、生物多样性一起构成当今世界三大科学前沿课题。众所周知，荒漠化是由自然因素主要是气候因素和人为因素两方面共同作用的结果。其中沙尘暴既是一种加速土地荒漠化的重要过程，又是土地荒漠化发展到一定程度的具体体现，具有一定的指示意义。因此，本研究的开展正是为了更好的认识了解塔克拉玛干沙漠肖塘地区近地层气象要素变化特征及地面参数。希望为将来深入理解和研究非均匀流动沙漠下垫面风沙活动的产生机制，从理论基础上指导防沙、治沙和保护环境打下夯实的基础并为如何遏制沙漠扩展，治理沙漠化土地，减轻沙尘暴危害，以及风沙运动导致的气流与地表之间复杂的物质与能量的交换、传输，为各种防沙、治沙工程提供科学依据。为将来边界层模式模拟流动沙漠大气边界层提供可靠参数。因此，开展流动沙漠近地层微气象的观测研究，可开辟我国干旱沙漠大气研究从地表常规气象观测到快速响应探测的新途径，而且对我国大气科学和地理科学中的沙漠环境问题起着不可取代的作用。研究意义1、生态意义：荒漠化治理2、气候意义：塔克拉玛干沙漠是我国沙尘暴的主要起源地之一，它复杂的自然环境对我国干旱区天气气候变化有着重要的影响。而沙尘暴的研究必然涉及到各有关的气象、气候因子，这对我国干旱区气候研究有着重大意义。3、理论意义：气象要素对沙尘天气的响应机理；4、经济意义：为周边经济发展提供保障；减少沙尘暴造成的生命财产损失。2、国内外研究综述及本人对综述的评价。在1883年Reynolds.首先在试验室发现了湍流[1]，随后1904年Plandtl首先提出了湍流混合长理论[2]，从而形成了最基本的湍流理论基础。但地球大气中的湍流现象直到1915年才由Taylor[3]首先提出，并开始了最初的研究。随后1938年Karman[4]等推导出了著名的Karman—Howarth方程，使湍流统计理论更加趋于成熟。1941年前苏联科学家Kolmogorov[5]把量纲分析原理用于湍流研究，推导出了著名的结构函数“2/3律”。直到1959年Priestley[6]提出了自由对流大气湍流理论。1954年Monin和Obukhov[7]提出了具有划时代意义的Monin—Obukhov相似性理论，建立了近地层湍流统计量和平均量之间的联系。1982年，Dyer[1976][8]等利用1976年澳大利亚国际湍流对比实验ITCE对其进行完善，使得该理论有了极大的应用价值。1971年Wyngaard[9]提出了局地自由对流1/3相似性律，补充了近地面层相似理论在局地自由对流时的不适应性。从20世纪70年代开始，随着大气探测技术和研究方法的发展，特别是雷达技术、飞机机载观测、系留气球和小球探空观测以及卫星遥感和数值模拟等手段的出现，大气边界层的研究开始从近地层向整个边界层发展。国外早期较有名的是1953年在美国内布拉斯加洲进行的大平原野外湍流计划，1979年美国在俄克拉何马州进行的强风暴和中尺度试验(Sesame)。1983年在美国俄克拉何马州进行的边界层试验(BLE83)，1984年在美国科罗拉多进行的凤凰二号计划(Phonix-Ⅱ)[10-11]等。如1991-1995年欧共体在西班牙中部开展的以遥感手段研究沙区植被退化和发展为目的“EFEDA”，和1992年在非洲尼日尔开展的“HAPEX-SA-XEL”[12],这些实验都直接关注着干早、半干早地区上水、热交换过程的特点。Neuwstadt[13]等做过大量工作对干早区沙漠下垫面陆面过程的发展起了极大的推动作用。在20世纪70年代，以CharneyJG.[14]为代表的一批科学家对撒哈拉沙漠和萨赫勒地区的反射率、热量平衡等干旱气候形成动力学机制方面做了大量研究，发现高反照率使沙漠形成热汇和空气下沉，从而导致降水减少；反之，则降水增加。自20世纪80年代以来，科学家们越来越关注沙漠陆面过程的研究Henderson—SellersA.[15]、Qornitz[16]、CunningtonWM.[17]、LareAR.[18]、WilliansKJ.[19]等对不同下垫面反照率均进行了细致的分析研究。ThomasT.Warner[20]的《DesertMeteorology》(2004)囊括沙漠气候的所有方面。内容涉及大尺度和局部尺度干旱的成因、沙漠降水特征、沙尘暴、洪水、沙漠气候变化、降水过程、沙漠化、沙漠陆面物理学、沙漠大气数值模拟及沙漠气候对人类的影响。提供了世界荒漠地区气候和表面属性的概要。20世纪60至80年代，以朱震达[21]为代表的中国沙漠学者研究了中国沙漠的形成、分布、特征和风沙移动规律，揭示出塔克拉玛干沙漠风沙地貌形成发育规律和基本形态，指出了沙丘形态与风向的关系及沙丘运动速度。到20世纪90年代，耿宽宏[22]董光荣[23,24]等对中国沙漠形成演化与气候变化关系方面进行了系统研究，主要从沙漠地区沉积记录反演第四纪古风沙环境，风沙地貌与风沙物理实验研究，沙漠化过程、成因、影响、趋势极其防治几方面进行深入研究。王俊勤、胡隐樵、陈家宜等[25]于1991年8，10月在HEIFE实验区的三种下垫面农田绿洲、戈壁和沙漠上进行了边界层探测，分析结果表明，被大片戈壁或沙漠包围的绿洲在整个时次上一以下边界层内温度低于周围环境，湿度大于周围环境，绿洲“冷岛效应”明显。刘树华[26](1995)利用二维大气边界层模式研究了平坦、均匀戈壁下垫面对流大气的位温和比湿廓线极其时间变化的垂直结构。朱平、蒋瑞宾[27](1996)利用黑河实验所取得的资料，对比分析了绿洲、沙漠及戈壁边界层中风、温、湿分布规律。张强、赵鸣、刘志权、胡隐樵等[28](1997)对黑河计划IOP期间在化音戈壁站观测的湍流脉动场资料及有关梯度资料进行了分析，得到了湍流脉动强度、湍流感热、潜热通量和温、湿梯度的若干特征。李家伦、洪钟祥、孙寂芬[29]2000利用第二次青藏高原大气科学考察试验改则站大气边界层物理观测资料，着重揭示了该地区边界层结构的观测事实，尤其是近地风、温、湿特征和土壤温、湿特征。马志福，谭芳，候勤东[30](2000)根据塔克拉玛干沙漠周围近个20气象测站36a冬、夏季平均气温、气压、相对湿度和塔克拉玛干沙漠地区6个短期观测站近10a的有关气象资料，对该地区冬、夏季平均温度、相对湿度、气压分布规律进行了系统研究，建立了冬季平均温度、平均温度预测方程。阎宇平，王介民等[31]采用区域大气模拟系统—RAMS，模拟了黑河实验区沙漠戈壁上空的“逆湿”，并研究了“逆湿”发生时沙漠戈壁大气边界层结构。李江风的《沙漠气候》(2002)等[32-33]对沙漠气候、风积(蚀)地貌形成原因及沙漠气候因素的分布、特征和规律性并利用年年的沙漠腹地气象观测资料，对塔克拉玛干沙漠天气气候形成的原因和机理天气气候特征、规律以及气候资源和灾害气候变化沙漠气候的数值模拟等方面进行了综合性研究。奥银焕、吕世华、陈玉春[34](2004)利用1991年10月HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料，对比分析了黑河地区常见的三种不同下垫面(绿洲、沙漠和戈壁边界层)风、温度、湿度场的分布规律，客观验证了河西地区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层两大特点。梅凡民[35](2006)利用风温廓线法在毛乌素沙漠的一块平坦沙地上进行了观测试验，并分别计算了中性、稳定、不稳定大气层结的空气动力学粗糙度。参考文献[1]蔡树棠,刘宇陆.湍流理论[M].上海:上海交通大学出社,1993,126.[2]胡隐樵.边界层气象学[J].地球科学进展,1991,6(6):57259.[3]TaylorC.Eddymotionintheatmospherie[J].PhilTrans,1915.[4]HinzeJO.Turbulence,AnIntroductiontoitsMechanismandTheoty[M].NewYorkMcGraw-HillBookCompany,INC,1959.[5]KolmogorowAN.ThelocalstructuretubulenceinincompressibleviscousfluidforveryReynoldsnumber[J].DorkAkadNaudSSSR,1941,30:31-305.[6]PriestleyCHB.TurbulentTransferintheLoweAtmosphere[M].Chicago:UniversityofChicagoPress,1959.[7]MoinnAS,ObukhovAM.Basiclawsofturbulentmixingintheatmophereneartheground[J].TrAkadNaukSSSRGeoficinst,1954,24(151):163-187[8]DyerAJ,BradleyEF.Analtemativeanalysisofflux-gradientrelationshipsatthe1976ITCE[J].BoundLayerMeteor,1982,22:3-19.[9]WyngaardaJC,CoteOR,lzumiY.Localfreeconvection,similarity,andthebudgetsofshearstreesandheatflux[j].JatmosSci,1971,28:11171-11182.[10]GarrattJR.TheAtmosphericBoundery-LayerCambridge:CambridgeUniversityPress,1992:1-316.[11]周秀骥等译,大气边界层探测,北京:气象出版社,1990,1-295.[12]VerhoefA,AllenSJ,LloydCR.SersonalvariationofsurfaceenergybablanceovertwoSaheliansurfaces.InterationlJournalofClimatology,1999,19:1267-1277.[13]NieuwstadtFTM.Theturbulentsstructureofthestablenoctumalbounderylayer[J].JAtmosSci,1984,41:2202-2216.[14]CharneyJG．DynamicsofdesertsanddroughtsintheSahel[J]．QuarterlyJournaloftheRoyalMeteorologicalSociety，1975，101：193-202．[15]Henderson－SellersA．Albedochange－surface