第八届全国城市气象学术论坛

湍流对沙尘暴天气过程中沙尘气溶胶在垂直方向的扩散有重要作用。本研究利用2021年03月15日我国北方强沙尘暴天气过程期间北京325米气象塔和北京大学大气科学与大气环境实验站大气湍流和大气环境观测资料，基于沙尘气溶胶质量浓度脉动测量系统，计算沙尘通量，分析湍流间歇特征及其对动量、热量和沙尘输送的差异，给出湍流间歇时空演变情况，探究其对沙尘垂直输送的作用机理。结果表明：2021年3月15日05时，沙尘气溶胶气团前缘到达北京上空1000-1500 m位置，06时位于300-800 m，此时低层大气湍流运动较为微弱，不同高度之间沙尘气溶胶的垂直交换受阻，低层的沙尘浓度未出现明显增加；07时，随着锋后冷气团到达，低层风速迅速增加，湍流运动发展，上层的沙尘粒子向下混合，沙尘通量高达-376.069μg/m²/s，导致140和280 m高度的沙尘浓度快速增加，08时达到峰值，分别为11959.4μg/m³和10114.9μg/m³。沙尘气团过境后，低层沙尘气溶胶在湍流运动作用下向上层扩散，浓度逐渐降低。相比于动量、热量等传统变量的湍流输送，沙尘的湍流输送较为特殊，即：在沙尘暴在低层爆发时，湍流对沙尘的输送效率较高，且沙尘浓度脉动方差谱在惯性副区服从-2/3幂次律，动量、热量和沙尘的湍流输送规律相似；而在沙尘暴的消散阶段，沙尘浓度脉动方差谱在惯性副区明显偏离-2/3幂次律，且湍流对沙尘输送效率降低，动量、热量和沙尘的湍流输送存在差异。湍流运动对沙尘暴天气过程沙尘气溶胶的垂直扩散有重要作用，导致低层大气沙尘气溶胶浓度迅速增加。该结果有利于深入理解沙尘输运规律和改进沙尘湍流扩散参数化方案。

沙尘通量，3·15 沙尘暴，湍流输送规律