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干旱区湖泊是干旱区生态系统重要组成部分,对气候与环境变化具有高度敏感性。气候变化背景下,不断增强的人类活动强烈干扰干旱区自然生态系统,出现了超出了生态安全阈值导致的环境退化,致使下游河道断流、湿地消失、湖泊不断萎缩,加速消亡。干旱区尾闾湖的萎缩甚至干涸,导致干涸湖床风扬粉尘事件频发,造成区域环境恶化。 本研究针对深入理解干旱区尾闾湖干涸湖床风扬粉尘发生机理及扩散特征的科学目标,围绕影响干涸湖床风扬粉尘发生的关键参数、控制粉尘释放的关键过程和粉尘扩散的关键特征三个问题,选择新疆艾比湖干涸湖床为重点研究区,通过数值分析、定位观测和模型模拟,开展了地气界面地表参数和空气动力学参数变化特征、近地表层风扬粉尘发生过程的空间差异、大气边界层粉尘扩散路径和范围的定量研究,分析了风扬粉尘发生的主要影响因素,深入揭示了风扬粉尘发生的区域差异,明确了粉尘潜在扩散范围和主要路径,科学阐释了干旱区湖泊演变过程中现代风扬粉尘发生特征,提高了对干涸湖床这一重要粉尘源区的理解和认识。获得的主要结论如下: (1)晚更新世以来的湖岸线内不同地表覆盖类型的微团粒分布、空气动力学粗糙度、起动摩阻风速和摩阻风速表现出显著的区域差异。琐琐砾漠、耕地和芦苇草甸分别由极细砂群体、中砂群体和粗砂群体三个组成。东北部的白梭梭荒漠的空气动力学粗糙度可达5.15 cm,耕地和无植被覆盖地区的空气动力学粗糙度分别为0.003 cm和0.001 cm。西北部的琐琐砾漠、红砂荒漠的起动摩阻风速值较大,分别为110.17 cm/s和115.6cm/s,是10种地表覆盖类型中较大的。白梭梭荒漠的摩阻风速为0.76 m/s,为10种地表覆盖类型中摩阻风速的最小值。 (2) DPM模型模拟结果表明,位于艾比湖干涸湖床西北部的琐琐砾漠和北部的红砂荒漠由于较粗的粒径组成和较大的起动摩阻风速导致很难释放粉尘。在没有水分和植被的影响下,无植被覆盖区域的粉尘释放通量则达到了153 mg/m2·s,耕地在无作物种植的时期的粉尘释放通量达到了83.8mg/m2·s,艾比湖干涸湖床开荒的耕地已经成为该地区一个重要的粉尘源区。 (3)艾比湖干涸湖床的粉尘潜在扩散具有显著的季节分异:春季和夏季的潜在扩散范围最大,秋季和冬季1000m以下扩散范围较小,1000m高度以上低密度气团轨迹扩散范围较大;艾比湖干涸湖床不同季节的粉尘潜在扩散表现出明显的方向性:风扬粉尘主要有两个扩散通道,即东南方向和东北方向。春季和夏季的主要扩散方向为东南方向,主要影响近源区,可潜在影响中国大部分地区以及俄罗斯部分地区,然而,秋季和冬季的主要扩散方向在较低层为东北方向,500m以上时方向转向东,主要影响中亚和俄罗斯部分地区。艾比湖干涸湖床的大量的含盐粉尘主要影响区域为近源区,包括精河县、博乐市等人口聚集区。 (4)通过与艾比湖处于同一纬度带的咸海、柴窝堡湖等亚洲干旱区典型尾闾湖泊MODIS和MISR气溶胶光学厚度特征及扩散特征的比较分析表明,亚洲中部干旱区干涸湖床有潜力释放大量的粉尘。作为气溶胶长期悬浮于大气中,除造成近源区空气污染,增加大气浮尘和大气气溶胶之外,含盐粉尘在天山山区沉降,与气候变化效应叠加会显著的加速雪冰消融。适宜的气象条件下,亚洲中部干旱区干涸湖床释放的大量的含盐粉尘在气流携带下可以长时间远距离输送,潜在影响范围远超想象。作为干旱区典型的下垫面,亚洲中部干旱区干涸湖床是亚洲中部干旱区风尘系统的重要源区和重要组成部分,是全球变化背景下风尘系统研究忽视的重大问题。作为亚洲风尘系统研究的重要内容之一,对干涸湖床的粉尘释放的研究无疑会对亚洲风尘系统研究提供一定的借鉴意义。