大气气溶胶对气候变化有重大的影响。占大气气溶胶总量近一半的沙尘气溶胶可通过其直接效应和间接效应来影响气候和生态系统,其总量是影响全球物质循环及气候变化最核心的一环。沙尘暴过程一直被认为是沙尘气溶胶最重要的来源,但沙尘气溶胶的另一个来源——尘卷风也不容忽视。与沙尘暴过程相比,虽然每天尘卷风扬升到大气中的沙尘气溶胶有限,但这种中小尺度的尘卷风发生频率却很高,它的贡献有可能占年总沙尘气溶胶的30～65%,是一个非常重要的沙尘气溶胶来源。目前尘卷风观测很少,对其形成机制、时空分布特征的研究还非常薄弱,因此,开展尘卷风观测和精细模拟研究具有重要的科学意义和价值。本文以中国西北地区甘肃附近的腾格里沙漠西南缘作为研究区域,利用多年在该区域进行的尘卷风及其相关气象要素第一手观测资料,分析尘卷风发生的特征及与相关气象要素关系,进一步界定尘卷风发生的气象条件阈值;通过对卫星遥感地表温度数据的降尺度及气温数据的插值处理,与相关实测资料建立订正关系,获得了研究区1km分辨率的地气温差场,用于解决模式模拟尘卷风起沙所面临的对于尘卷风形成的重要判断条件—地气温差被低估的问题。利用最新的尘卷风起沙参数化方案和WRF/chem模式耦合,精细模拟了研究区2019年6-8月尘卷风起沙的空间分布,分析了其时空变化特征,探讨了该区域尘卷风发生及起沙强度与沙漠地表类型等相关要素之间的关系。基于前期观测事实和尘卷风形成机制的“热对流泡”理论,构建了沙漠区有利于尘卷风形成的“热对流泡-动力”概念模型,弥补“热对流泡“理论中尘卷风形成的水平涡旋来源不确定的缺陷,合理解释了研究区尘卷风起沙的分布特点。本研究的主要结论如下:（1）通过对2014～2017年在腾格里沙漠西南缘的尘卷风观测的数据总结分析发现:研究区域内直径小于2m的尘卷风发生概率是直径大于2m的8倍以上。尘卷风易发于每日的09-16时,高峰一般在14-15时之间。70%以上的尘卷风发生在每年的6-8月。尘卷风易于出现的气象要素条件为:气温19℃～35℃之间;风速1～5m/s;晴空或少云所发生的频率要远远大于多云或阴天的天气状况;有降水的情况下,尘卷风没有发生。通过实地观测发现,晴空下沙漠地区的局地小地形对地表温度有很大的影响,沙丘两侧的地表温度有5～10℃的差异,在14-15时之前,迎阳坡地表温度高于背阴坡,15时后,原背阴坡高于原迎阳坡。阴天沙丘两侧的地表温度差异远小于晴空差异,仅2℃左右。无论晴天还是阴天,沙丘两侧的气温差异较小。（2）以NVDI（归一化植被指数）和NDBI（归一化建筑指数）作为统计相关关系因子,利用统计回归方法对卫星遥感的地表温度数据进行空间降尺度,对比发现FY-2G的地表温度数据对于该方法的适应性要好于利用EMCWF的数据,通过与实测数据的对比进行了再订正,再订正后的1km分辨率地表温度与实测的绝对误差为2.06℃,相对误差为5.58%,比原分辨率地表温度表征值有近20℃的改善。利用局部薄盘光滑样条模型,将ERA5分辨率为0.1deg的气温产品插值为1km分辨率的气温场,插值温度与观测值非常相近。分析研究地气温差的分布及变化显示沙漠地区的地气温差远大于绿洲地区,研究区地气温差的日变化同观测到的尘卷风发生频率的日变化高度相关,地气温差的正值越大,尘卷风的发生频率越高,当地气温差小于8K时,尘卷风很少发生。（3）利用WRF/chem模式和尘卷风起沙参数化方案对研究区2019年6-8月尘卷风的起沙进行了精细模拟,分析日变化和6-8月的月变化及分布特征。模拟结果显示,尘卷风起沙的日变化呈现单峰分布,与尘卷风发生频次的观测结果基本吻合。尘卷风主要出现在沙漠地区,绿洲偶有发生;距离绿洲区越远,尘卷风出现频率就越大,相应的起沙量越大;在沙漠地区,有零散植被覆盖区域的周围和起伏的沙丘区域起沙量也较大。同时,尘卷风的起沙量还与下垫面沙土性质状态有关,在流动性沙土、半固定沙土和固定沙土上的尘卷风起沙量越来越小。表明除了存在气象要素阈值外,地表类型、土壤类型等均会影响尘卷风的发生,沙漠地区的尘卷风起沙有细微的差别。（4）基于观测事实和尘卷风形成机制的“热对流泡”理论,建立了有沙生植被的平坦沙漠和下垫面均一沙丘间利于尘卷风形成的“热对流泡-动力”两种概念模型,弥补了该理论缺乏使热对流泡旋转的水平风的缺陷。很好地解释了尘卷风在带有沙生植被的平坦沙漠周围和下垫面均一的沙丘之间高发的原因。