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沙尘天气追因、影响及治理

沙尘暴是指强风将地面尘沙吹起使空气很混浊,水平能见度小于1km天气现象,它是风蚀荒漠化中的一种天气现象,其形成受自然因素和人类活动因素的共同影响。

2021年314日起,一场近十年最强沙尘暴席卷我国北方大部分城市,此次沙尘天气覆盖面非常广,包括新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、北京、天津、黑龙江、吉林、辽宁等12省市都笼罩在沙尘之中。北方多地PM10峰值浓度超过5000μg/m3。那么今年为何会出现超强沙尘暴?中国工程院院士、中国气象科学研究院研究员张小曳向《中国新闻周刊》介绍,这是由于蒙古气旋太强产生的一个典型的、超强的、大范围的亚洲沙尘暴。“不仅仅影响中国,亚洲沙尘暴(的影响范围)还包括蒙古,甚至一部分中亚地区,主要是蒙古国、中国的新疆和内蒙古地区。”

此次沙尘暴对我国交通运输、群众生活生产等造成较大影响,引起了各界关注。

关于沙尘天气过程的研究早在 40年前就引起了国内研究人员的关注,并取得了一系列研究成果,为了使大家更清晰地了解这些研究成果,更客观地认识这一自然现象,《地球科学进展》特整理了“沙尘天气追因、影响及治理”的虚拟专刊,以供大家参考。
共找到 23 条结果
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1. 戈壁沙尘释放过程与机理研究进展
张正偲, 潘凯佳, 梁爱民, 董治宝, 李兴财
地球科学进展    2019, 34 (9): 891-900.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.09.0891
摘要1162)   HTML4)    PDF (2360KB)(432)    收藏

戈壁是中国西北干旱区的重要地表类型之一,被认为是我国乃至于中亚的沙尘暴源区。受戈壁特殊下垫面影响,沙尘释放过程与机理明显不同于沙漠等其他地表类型。系统分析了影响沙尘释放过程的风动力系统、地貌格局和下垫面特征;从摩阻起动风速和地表粗糙度的角度探讨了戈壁沙尘释放的机理。最后在总结前人工作基础上,结合区域和全球沙尘释放模型的需要,提出加强戈壁地表性质参数化过程、戈壁区沙源甄别和沙尘释放机理是戈壁沙尘释放研究的重中之重。

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2. 中国铁路风沙防治的研究进展
张克存, 屈建军, 鱼燕萍, 韩庆杰, 王涛, 安志山, 胡菲
地球科学进展    2019, 34 (6): 573-583.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.06.0573
摘要1676)   HTML4)    PDF (3207KB)(765)    收藏

基于中国沙区铁路的发展历程,系统分析了铁路沙害类型、特点以及风沙防治方案、措施和技术体系。针对我国沙区地域特征和铁路沙害类型,作为个例分类剖析了途径流沙地表、高寒环境与戈壁大风区铁路风沙危害与防治技术取得的成效和面临的问题。结合目前我国沙区铁路的发展趋势,从理论研究和工程防沙实践出发,提出复杂地形、特殊环境铁路沙害是今后风沙工程学领域的重点和理论研究趋势,也是沙区铁路沙害防治的关键和难点。

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3. 我国风沙防治工程研究现状及发展趋势
屈建军,凌裕泉,刘宝军,陈广庭,王涛,董治宝
地球科学进展    2019, 34 (3): 225-231.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.03.0225
摘要937)   HTML9)    PDF (647KB)(550)    收藏

对风沙工程学概念和范畴进行了讨论,初步回顾了我国风沙工程学的发展过程。根据区域环境特征将我国风沙工程研究分为基于沙漠环境的重大工程风沙危害防治研究和其他特征环境区重大工程风沙危害防治研究2个部分。其中,基于沙漠环境的重大工程风沙危害防治研究又可划分为4个阶段,其他特征环境重大工程的风沙危害防治研究主要集中在热带海岸、青藏高原及干旱区戈壁等区域。研究认为,我国重大风沙防治工程的发展趋势可概括为: 风沙工程防治体系原理的揭示; 重大风沙工程环境效应评价; 防沙工程从单纯防沙功能向经济生态型防护体系转变; 防沙材料装配式和施工工艺装备化的高效率、高质量快速治理技术。

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4. 沙尘天气对大气生物气溶胶中微生物浓度、特性和分布的影响
祁建华, 李孟哲, 高冬梅, 甄毓, 张大海
地球科学进展    2018, 33 (6): 568-577.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.06.0568
摘要975)   HTML1)    PDF (1448KB)(441)    收藏

生物气溶胶对全球气候、空气质量、大气过程和人体健康均具有重要影响。每年爆发的沙尘事件,使得生物气溶胶可借助沙尘进行长距离输运,从而影响到下风向地区生物气溶胶的浓度和性质。综述了沙尘天气下生物气溶胶中微生物的浓度、特性和分布特征的研究现状。已有研究显示,沙尘发生时,生物气溶胶中不同类别微生物的组成比例会有显著变化,细菌和真菌相对贡献随之改变。可培养细菌、真菌和总微生物浓度,均在沙尘天气下显著增加,但不同地区不同种类微生物在沙尘天气下的增加幅度相差很大。生物气溶胶中微生物主要分布于粗粒子中,其粒径分布受到沙尘天气的较大影响,而且不同种类微生物粒径分布的变化并不相同。沙尘发生时,生物气溶胶中的微生物群落结构与优势微生物也会发生明显改变。沙尘天气对生物气溶胶浓度、粒径分布、群落结构和活性的影响程度和影响机制,还需要进一步深入研究。

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5. 沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展
张克存, 安志山, 蔡迪文, 郭紫晨, 王军战
地球科学进展    2015, 30 (9): 1018-1027.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.09.1018
摘要805)   HTML1)    PDF (1836KB)(648)    收藏

受绿洲和沙漠景观格局的双重影响,沙漠—绿洲过渡带是一个对外界条件变化极为敏感的生态环境脆弱带。沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程及其动态演变直接影响绿洲的稳定和有序发展,在空间上制约沙漠的进退或绿洲的变迁。从沙漠—绿洲过渡带局地小气候、沙尘暴、风沙环境、土壤风蚀、风沙输移和绿洲防护体系建设等几个方面比较全面地综述了近数十年来沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展,并基于当前沙漠—绿洲过渡带生态环境建设与地方需要等面临的实际问题,分析了该领域今后的研究重点和发展趋势。

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6. 风沙活动对陆地生态系统影响研究进展
王训明, 周娜, 郎丽丽, 花婷, 焦琳琳, 马文勇
地球科学进展    2015, 30 (6): 627-635.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.06.0627
摘要840)   HTML0)    PDF (2714KB)(650)    收藏

风沙活动及其物质输移运动是关键的陆地地表过程,对全球生态环境有显著的影响。归纳了风沙运动中养分的释放、搬运和沉降机制;总结了目前风沙运动中的物质及养分组成,养分流失与沉降对植物生长的影响、养分在植被群落中的分配和利用机理等方面的研究进展;揭示了大区域尺度上风沙运动与地表养分的释放和输移的关系及植被群落对风沙活动的响应;指出了风沙活动在陆地生态系统演化中扮演的角色。在已有研究的基础上,提出揭示风尘物质在远源陆地区域的沉降机制、风尘物质中有效养分的组成和含量、风尘物质养分的主要传输路径,建立风尘物质养分的源—汇模式,构建植被对风沙活动的响应过程,综合集成风沙活动与植被演化之间的动态关系等是未来主要研究方向的建议。

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7. 沙尘暴灾害致灾因子三维联合分布与重现期探索
李宁,顾孝天,刘雪琴
地球科学进展    2013, 28 (4): 490-496.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2013.04.0490
摘要1414)      PDF (1179KB)(612)    收藏

探讨多致灾因子对Copula联合分布模型在三维多致灾因子综合分析中的扩展。针对沙尘暴形成的3个基本条件:大风、丰富的沙尘源和不稳定的大气层结,以内蒙古镶黄旗1990—2008年的强沙尘暴灾害事件为案例,建立了经向环流指数、地面平均最大风速和地表土壤湿度3个基本特征变量的联合分布,计算了基于联合分布的联合重现期。研究表明,镶黄旗强沙尘暴事件的三维致灾因子符合Frank Copula函数构建条件,该函数能够很好地描述强沙尘暴灾害3个基本特征变量的联合分布,具备扩展到三维的能力。相对于二维Copula函数拟合效果,三维Frank Copula在中高尾部分的拟合有很大提高。三变量联合重现期的计算结果更加贴近实际情况。

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8. 沙尘暴过程中颗粒对化学结皮的冲蚀破坏
岳高伟,贾慧娜
地球科学进展    2012, 27 (7): 800-805.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2012.07.0800
摘要1216)      PDF (1470KB)(600)    收藏

针对风沙运动中结皮冲蚀破坏及其寿命问题,通过建立沙粒对结皮的冲蚀模型,采用量纲分析研究风沙运动中单颗沙粒对结皮冲蚀量与沙粒冲击速度、沙粒自旋角速度、沙粒直径、沙粒入射角、结皮硬度等的本构关系,并对结皮冲蚀破坏机理及其寿命预测进行理论研究。数值计算结果表明,沙粒冲击速度、沙粒自旋角速度、沙粒冲击角度、沙粒直径及沙尘暴日数、持续时间都对结皮寿命有明显影响。统计分析各项影响因素的平均值计算表明,在结皮厚度20 mm的情况下,结皮寿命为3~8年,平均寿命5.3年。此研究可以更深刻认识结皮的自然破坏特征,对防沙固沙具有一定的理论意义和实际应用价值。

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9. 我国北方沙尘暴年代际变化与北大西洋海气系统年代际变率的联系
李耀辉,孙国武,张良,段海霞
地球科学进展    2011, 26 (6): 624-630.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.06.0624
摘要1831)      PDF (24584KB)(843)    收藏

分析了近50年我国北方沙尘暴的年代际变化和热盐环流(THC)的年代际变率的演变特征,发现沙尘暴与THC存在一定的联系。这种相互联系的演变过程大致是:THC与北大西洋涛动(NAO)有联系,NAO与西伯利亚冷高压有联系,而西伯利亚高压又影响北半球冷空气活动,最终影响我国北方沙尘暴的发生。结果表明,THC强(弱)→NAO弱(强)→西伯利亚高压强(弱)→地面偏北风强(弱)→沙尘暴偏多(少)。而且,在20世纪70年代末到80年代初,均存在一个明显的转折变化,即THC、西伯利亚高压和地面北风从强到弱,NAO从弱到强,沙尘暴则出现由偏多到偏少的变化趋势。

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10. 沙尘天气过程临界起沙因子的研究进展
朱好,张宏升
地球科学进展    2011, 26 (1): 30-38.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2011.01.0030
摘要2111)      PDF (891KB)(1673)    收藏

临界起沙摩阻风速u*t或临界起沙风速ut是土壤可蚀性的度量指标之一,是表征沙尘颗粒进入大气的重要因子,也是沙尘暴预报模块中最重要的参数之一。野外实验、模式参数化和统计理论是近年来确定临界起沙摩阻风速u*t或临界起沙风速ut的3种主要方法。利用不同方法获取u*t或ut的结果可以相互校验。野外实验的实测结果可为获取适用的起沙判据、改进起沙阈值的参数化方案提供基础。在回顾利用不同方法获取临界起沙摩阻风速的结果、应用,及其代表性、一致性和差异的基础上,有针对性地提出存在的问题和今后发展的建议。

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11. 我国沙尘暴特征及其与干旱关系的研究进展
李耀辉,张书余
地球科学进展    2007, 22 (11): 1169-1176.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2007.11.1169
摘要2026)      PDF (412KB)(1177)    收藏

阐述了我国沙尘暴空间分布、时间演变的最新事实特征,综述了我国沙尘暴与干旱关系研究方面有代表性的新成果,在此基础上探讨了沙尘暴灾害的形成及其与干旱相互作用的物理机制。

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12. 中国北方沙尘灾害影响因子分析
范一大,史培军,周涛,李仪
地球科学进展    2007, 22 (4): 350-356.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2007.04.0350
摘要2403)      PDF (111KB)(1357)    收藏

利用中国北方1951—2000年188个沙尘暴代表站的气象观测数据和1983—2000年EROS数据中心NDVI数据,对我国北方沙尘灾害的影响因子进行了分析。主要结论有:①在影响沙尘暴发生、发展、演化的自然因子中,植被覆盖度、降水、大风日数和温度起关键作用,夏季植被覆盖度对来年春季沙尘暴发生频次影响较大,降水和温度主要表现在对地表植被覆盖等与沙尘暴有关的地表参数的影响;②大风日数和温度是沙尘暴形成的动力因子,植被覆盖度和降水是阻力因子。沙尘暴日数和持续时间的变化,主要取决于动力因子与阻力因子的综合作用;③遏制沙尘灾害的治本办法,不在于治理沙尘暴本身,而在于消除产生土地退化、生态安全下降的社会原因,处理好发展与生态环境建设的关系。

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13. 有关粉尘释放模型的应力分配模式存在问题的讨论
梅凡民,王涛,张小曳,陈敏
地球科学进展    2006, 21 (4): 424-429.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2006.04.0424
摘要1891)      PDF (110KB)(1026)    收藏

准确模拟粉尘释放通量对评价粉尘气溶胶的气候效应、沙漠化和沙尘暴防治具有重要意义。敏感性试验、室内和野外风洞实验表明被广泛使用的DPM(Dust Production Model)粉尘释放模型的2个应力分配模式——Marticorena模式和 Alfaro模式存在明显问题:由于目前空气动力学粗糙度模式还不能考虑粗糙元间隙率和粗糙元分布状况空气动力学粗糙度的影响,以空气动力学粗糙度为主要参数的Marticorena模式和 Alfaro模式还不能考虑粗糙元间隙率和粗糙元分布状况对应力分配的影响,而相关实验表明这些因素对应力分配存在显著影响;Marticorena模式和 Alfaro模式预测的应力分配系数和起动摩阻风速存在显著差异,目前实验结果还不能判断二者正确与否;Marticorena模式和 Alfaro模式预测的能够有效控制风蚀的应空气动力学粗糙度与实际观测相矛盾。针对上述问题提出了通过风洞实验改进当前应力分配模式的主要途径。

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14. 内蒙古中西部地区不同土壤类型下土壤水分的研究
李宁,顾卫,杜子璇,史培军,任学慧,KevinLevy
地球科学进展    2006, 21 (2): 151-156.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2006.02.0151
摘要2156)      PDF (203KB)(2450)    收藏

以2002—2003年连续两年自行观测的内蒙古中西部地区二连浩特、乌拉特中旗和乌海的土壤水分为基础,重点分析了沙尘暴发生季节反映下垫面特征的土壤水分的时间变化以及大气影响对不同土壤类型(棕钙土,灰漠土,栗钙土)水分的作用。土壤水分的变化被分为3个阶段进行分析,分别是解冻期至沙尘暴开始的春季、雨期的秋季和冰雪覆盖的冬季。土壤水分受气象条件和土壤类型的影响较大。在气象条件的影响下,土壤水分含量在土壤融化期最低,在雨季达到最大值,其中以栗钙土受的影响最明显。沙尘暴发生依赖于土壤融化时间、土壤融化期的土壤条件和上年冬季的冻土深度。

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15. 基于GRAPES的西北地区沙尘暴数值预报模式及其应用研究
李耀辉;;赵建华;薛纪善;陈德辉;沈学顺;王红;陈勇
地球科学进展    2005, 20 (9): 999-1011.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2005.09.0999
摘要2144)      PDF (409KB)(1478)    收藏

介绍了中国气象局兰州干旱气象研究所和中国气象科学研究院数值预报研究中心合作研制的耦合于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)的沙尘暴数值模式GRAPES_SDM。该模式包括沙尘的起沙、传输、吸湿增长、并合、干沉降与云下清洗等详细的物理过程,可以对沙尘暴的起沙和空气中沙尘浓度进行模拟和预报。在此基础上形成了西北地区的沙尘暴数值预报模式系统,并于2005年4月开始在兰州中心气象台试运行,同时还将模式结果与卫星遥感资料反演的沙尘暴监测结果进行了对比验证。以2005年4月17~19日和5月28~29日发生在西北地区的2次强沙尘暴为例,利用GRAPES_SDM对这两次沙尘天气的起沙、传输、扩散直至消散进行了数值模拟。结果表明,模式输出的沙尘时空分布与实况观测和卫星云图监测的沙尘分布范围基本一致,说明该模式系统对西北地区沙尘暴天气的起沙、传输有较好的模拟和预报能力。

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16. 我国沙尘的来源、移动路径及对东部海域的影响
张凯;高会旺;张仁健;朱燕君;王跃思
地球科学进展    2005, 20 (6): 627-636.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2005.06.0627
摘要2953)      PDF (212KB)(2153)    收藏

利用中国气象局提供的micaps天气资料,通过对2000—2002年发生的42次沙尘天气个例的分析,重点研究了沙尘的源地、移动路径、入海地点及对不同海域的影响概率。结果表明:影响我国的沙尘天气有70%起源于蒙古国,在经过境内沙漠地区时得以加强。沙尘粒子的移动和入海途径主要有3条:一是从内蒙古东部入侵的沙尘天气经浑善达克和科尔沁沙地后进入渤海和黄海;二是从内蒙古西部入侵的沙尘天气经内蒙古西部沙地和黄土高原后进入渤海、黄海和东海;三是从青海东部扬起的沙尘长距离输运进入黄海、东海及西北太平洋。2000—2002年,63.9%的沙尘天气会影响到海洋,其中,影响渤海、黄海和东海的概率分别为27.4%、30.9%和12.3%,影响朝鲜海峡和日本海的概率为20.2%和9.2%。

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17. 内蒙古中西部地区土壤水分对沙尘暴的贡献
李彰俊;李宁;顾卫;吴学宏
地球科学进展    2005, 20 (1): 24-028.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2005.01.0024
摘要2013)      PDF (152KB)(1053)    收藏

以2001年4月至2002年 6月内蒙中部地区逐时观测的土壤水分资料为基础,论证了该区日土壤水分和日平均风速的变化规律,统计分析了日平均风速与土壤水分对沙尘暴的成生综合贡献。得出的主要结论是:①该地区沙尘暴发生时日平均风速的最小值是 3.5 m/s。如果日平均风速大于 8.0 m/s,预示着有沙尘暴的发生。②在平均风速大于 3.5 m/s的条件下,观测样本中 18.4%日数发生沙尘暴,而81.6%日数没有发生。说明大风的天气条件不应当被视其为沙尘暴的唯一重要的因子。③在同一地点、同样的风力条件下,在沙尘暴发生时,日平均风速与日平均土壤水分呈明显的反相关变化;而它们的反相关关系不明显时,沙尘暴就很少发生。

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18. 沙尘暴卫星遥感研究进展
范一大,史培军,罗敬宁
地球科学进展    2003, 18 (3): 367-373.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2003.03.0367
摘要2208)      PDF (111KB)(1168)    收藏

研究沙尘暴对我国北方地区的生态环境建设和可持续发展有着重要意义。近10年来,我国北方地区的沙尘暴天气呈现增长的趋势,相关学科都从不同侧面展开对沙尘暴的研究。主要综述了国内外利用卫星遥感技术研究沙尘暴的进展。对沙尘暴的国内外研究历史和现状进行了简要回顾,然后系统地介绍了应用遥感技术开展沙尘暴研究的数据源及其特点、原理和技术方法,其中,对沙尘暴遥感研究的技术方法给予了更为详细的介绍,最后针对现有研究的不足,对未来沙尘暴遥感研究的方向进行了展望。

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19. 植被覆盖与沙尘暴日数分布关系的探讨———以内蒙古中西部地区为例
顾卫,蔡雪鹏,谢锋,李彰俊,吴学宏
地球科学进展    2002, 17 (2): 273-277.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2002.02.0273
摘要2723)      PDF (194KB)(873)    收藏

利用NOAA/AVHRR的NDVI数据和地面气象观测数据,以植被覆盖率和年沙尘暴日数为指标,分析了内蒙古中西部地区植被覆盖与沙尘暴分布的关系。研究结果表明,在内蒙古中西部地区,80年代沙尘暴日数的正距平与植被覆盖率的负距平、90年代沙尘暴日数的负距平与植被覆盖率的正距平是相互对应的;沙尘暴日数与植被覆盖率之间呈现负的相关关系,这种相关关系在不同地貌类型区和不同季节有所差异;沙地区的夏季(7、8、9月平均)植被覆盖率与第 2年沙尘暴日数之间的负相关最为显著。

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20. 中国北方典型沙尘暴的遥感分析
范一大,史培军,王秀山,潘耀忠
地球科学进展    2002, 17 (2): 289-294.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2002.02.0289
摘要2320)      PDF (100KB)(770)    收藏

综述了沙尘暴研究的领域和进展,提出了利用NOAA/AVHRR数据提取沙尘暴信息和沙尘暴信息密度分割的方法,经与气象数据对比验证,结果比较满意。结合沙尘暴途经区域的土地覆盖类型和植被覆盖度,对我国北方典型沙尘暴与下垫面之间的关系进行了分析,认为在同样的气象条件下,沙尘暴途经地区下垫面的土地利用/覆盖状况和植被覆盖程度决定着沙尘暴的形成与强度的变化。

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21. 关于我国华北沙尘天气的成因与治理对策
中国科学院地学部
地球科学进展    2000, 15 (4): 361-364.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2000.04.0361
摘要769)      PDF (262KB)(577)    收藏
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22. 沙尘气溶胶与气候变化
钱 云,符淙斌,王淑瑜
地球科学进展    1999, 14 (4): 391-394.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.1999.04.0391
摘要1485)      PDF (319KB)(961)    收藏

沙尘气溶胶通过吸收和散射太阳辐射与长波辐射影响地球辐射收支和能量平衡,从而影响气候变化。另一方面,气候变化,土地利用、沙漠化和城市化等人类活动都可能导致大气中矿物沙尘气溶胶的改变。沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用。

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23. 风沙动力与风沙工程学——国外发展趋势与研究对策
陈渭南
地球科学进展    1995, 10 (4): 336-340.   DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.1995.04.0336
摘要931)      PDF (2475KB)(551)    收藏

风沙动力与风沙工程学当前研究的热点——主要反映在加深对风沙现象的理解、风沙灾害防治与资源开发三个方面出发,提出了我国在风沙运动力学、土壤风蚀、土地沙漠化的动力机制与过程、风沙地貌形成发育规律、风沙沉积学特征及其形成机制、沙尘暴形成机制以及风沙灾害防护工程技术原理等六个方面的研究建议。

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