甘肅酒泉地區(qū)大氣邊界層高度變化特征及其與沙塵天氣的關(guān)系

任桂萍，魏雅鵬，柯 偉，喬 戈，萬(wàn)占鑫，梁小剛

(1.甘肅省嘉峪關(guān)市氣象局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.甘肅省酒泉市氣象局，甘肅 酒泉 735000)

引 言

大氣邊界層是人類活動(dòng)的主要區(qū)域，也是大氣與地表直接發(fā)生相互作用的層次，在自由大氣與地球表面之間動(dòng)量、熱量以及水汽的上下交換中起關(guān)鍵作用[1]。大氣邊界層高度作為衡量大氣邊界層發(fā)展的重要參數(shù)，不僅影響大氣中湍流運(yùn)動(dòng)的尺度，對(duì)流活動(dòng)的發(fā)展演變，也影響大氣的環(huán)境容量，決定空氣污染物的排放潛力，對(duì)天氣、氣候和大氣污染的研究有重要意義[2-4]。

近年來(lái)，針對(duì)不同地區(qū)大氣邊界層高度的確定方法、分布特征、影響因子等開展了大量研究。結(jié)果表明，大氣邊界層高度受太陽(yáng)輻射、天氣系統(tǒng)和局地地形等因素影響，存在很大的時(shí)間和空間差異，其主要影響因子也各不相同[5-7]。內(nèi)陸地區(qū)大氣邊界層高度的發(fā)展主要受感熱通量、粗糙度和風(fēng)速影響，呈現(xiàn)明顯的日變化和季節(jié)變化特征，一般表現(xiàn)為春夏高、秋冬低[8-11]。沿海地區(qū)大氣邊界層高度發(fā)展主要受海氣溫差、浮力熱通量、低層暖平流等影響，季節(jié)特征與內(nèi)陸相反，呈現(xiàn)秋冬高、春夏低的特征[12-13]。戈壁荒漠、青藏高原等地大氣邊界層高度特征較為特殊，如夏季西北干旱荒漠區(qū)的對(duì)流邊界層高度達(dá)4 km[14]，青藏高原部分地區(qū)大氣邊界層高度表現(xiàn)為春高、夏低[15]。有研究對(duì)大氣邊界層高度在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的應(yīng)用方面進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，大氣邊界層高度對(duì)一些災(zāi)害性天氣和污染天氣預(yù)報(bào)有明顯指示意義[16-18]，如河西走廊大氣邊界層高度隨風(fēng)沙強(qiáng)度的增強(qiáng)而升高[17]，城市邊界層高度與空氣污染指數(shù)API呈反位相關(guān)系[18]。

目前，針對(duì)西北干旱區(qū)大氣邊界層研究主要側(cè)重于特定地區(qū)、特定時(shí)段、特殊天氣背景下大氣邊界層高度特征的對(duì)比分析[19-21]，時(shí)間序列相對(duì)較短，對(duì)沙塵天氣發(fā)生時(shí)邊界層環(huán)境參量分析也大多集中在某些典型天氣個(gè)例[22]。本文用西北干旱區(qū)酒泉L波段雷達(dá)探空觀測(cè)資料，開展較長(zhǎng)時(shí)間序列的大氣邊界層高度演變特征及其不同強(qiáng)度沙塵天氣發(fā)生時(shí)邊界層參量特征變化差異分析，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)西北干旱區(qū)大氣邊界層特征，探索沙塵天氣形成機(jī)理及預(yù)報(bào)預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

1 資 料

近幾年，雖然利用激光雷達(dá)、微波輻射計(jì)、GPS衛(wèi)星掩星技術(shù)等新型氣象觀測(cè)儀器探測(cè)大氣邊界層高度，但探空雷達(dá)觀測(cè)仍然是獲得大氣邊界層高度信息最為直接可靠的方法[23]。因此大氣邊界層高度的計(jì)算采用2009年1月至2018年12月酒泉國(guó)家基準(zhǔn)氣候站(98.48°E、39.72°N，海拔高度1479 m)的L波段雷達(dá)探空數(shù)據(jù)和常規(guī)地面氣溫觀測(cè)資料，其中探空數(shù)據(jù)為每日08:00、20:00(北京時(shí)，下同)、地面氣溫為逐小時(shí)觀測(cè)資料。

采用L波段雷達(dá)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件[24]對(duì)08:00和20:00探空雷達(dá)秒數(shù)據(jù)進(jìn)行直接處理。逆溫厚度定義為逆溫層起始高度和逆溫層終止高度之間厚度；逆溫強(qiáng)度為逆溫層內(nèi)每升高100 m溫度的升高值。

邊界層風(fēng)速采用酒泉2009—2018年沙塵天氣發(fā)生當(dāng)日08:00和20:00探空雷達(dá)特殊風(fēng)層觀測(cè)資料。定義高度超過(guò)4000 m的大氣邊界層為深厚邊界層，高度超過(guò)5000 m為極端深厚邊界層。

2 邊界層高度計(jì)算方法

2.1 干絕熱曲線法

干絕熱曲線法最早由HOLZWORTH[25]在研究美國(guó)一些地區(qū)的平均最大混合層厚度時(shí)提出，該方法忽略平流、下沉及機(jī)械湍流的影響，適用于熱力湍流占優(yōu)勢(shì)的地區(qū)，是我國(guó)目前應(yīng)用較為廣泛的一種計(jì)算大氣邊界層高度的方法。其基本原理是在溫度-高度圖上，由每日地面最高氣溫所在點(diǎn)沿干絕熱線上升與當(dāng)日08:00的探空溫度廓線相交，所得交點(diǎn)與地面的高度即為大氣邊界層高度。王式功等[26]基于該原理提出了逐步逼近法，具體方法如下：

(1)利用L波段(1型)雷達(dá)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)08:00探空廓線數(shù)據(jù)進(jìn)行30 m等間隔插值處理，得到不同高度上氣溫、氣壓、濕度、露點(diǎn)、風(fēng)速、風(fēng)向等資料，使用MATLAB數(shù)據(jù)處理軟件，提取高度Z(m)和氣溫T(℃)兩個(gè)要素，得到一組對(duì)應(yīng)于高度Z1，Z2，…，Zm的氣溫T1，T2，…，Tm；

(2)從地面常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取2009—2018年逐日最高氣溫Tmax(℃)，按照干絕熱溫度遞減率[γd=0.976 ℃·(100 m)-1]，從地面算起，每隔30 m得到一個(gè)溫度值，最終得到一組對(duì)應(yīng)高度Z1，Z2，…，Zm的氣溫TT1，TT2，…，TTm；

(3)計(jì)算等高度Z上T與TT的溫度差值，取絕對(duì)值最小的溫度差值所對(duì)應(yīng)高度Z為大氣邊界層高度。

2.2 Richardson法

參照SICARD等[27]提出的Richardson法計(jì)算公式：

(1)

u(Z)=V(Z) sinα(Z)

(2)

v(Z)=V(Z) cosα(Z)

(3)

式中：g(m·s-2)為重力加速度，取9.8 m·s-2；Z0(m)為地面海拔高度；θ(K)為位溫，u、v(m·s-1)分別為緯向和經(jīng)向風(fēng)分量；V(m·s-1)是風(fēng)速，α(°)是風(fēng)向。在大氣模式中通常把Ri首次大于或等于Rc(臨界Richardson)時(shí)的高度取作大氣邊界層高度，此時(shí)湍流能量接近消失或者湍流應(yīng)力接近消失，這種計(jì)算方法主要依賴于Rc的選取[28]。

2.3 位溫梯度法

2.4 結(jié)果對(duì)比

圖1為3種方法計(jì)算的2018年酒泉逐月大氣邊界層高度?？梢钥闯?，3種方法計(jì)算的邊界層高度雖然數(shù)值差異顯著(位溫梯度法>干絕熱曲線法>Richardson法)，但變化趨勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)春夏高、秋冬低的特征。與已有研究結(jié)果[31]對(duì)比可以看出，干絕熱曲線法計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有結(jié)論較為一致，Richardson法由于受臨界Richardson(Rc)取值的影響，在近地層出現(xiàn)風(fēng)數(shù)據(jù)缺失或準(zhǔn)靜風(fēng)情況，確定的大氣邊界層高度明顯偏小，位溫梯度法的計(jì)算結(jié)果5—6月達(dá)4000 m左右，與現(xiàn)有研究偏離較大，因此本文大氣邊界層高度采用干絕熱曲線法計(jì)算。

圖1 3種方法計(jì)算的2018年酒泉逐月大氣邊界層高度Fig.1 The monthly atmospheric boundary layer height of Jiuquan in 2018 calculated by three methods

3 結(jié)果分析

3.1 邊界層高度變化特征

圖2為2009—2018年酒泉大氣邊界層高度年際變化及日變化?？梢钥闯?，近10 a酒泉年平均大氣邊界層高度為1933 m，最大值出現(xiàn)在2012年，為2073 m；最小值出現(xiàn)在2010年，為1839 m；年平均邊界層高度總體呈緩慢降低趨勢(shì)，平均每年降低9 m。由2009—2018年酒泉大氣邊界層高度日變化可以看出，酒泉大氣邊界層高度分布具有明顯的周期性，年內(nèi)呈現(xiàn)峰谷交替分布，5月左右到達(dá)波峰，12月至翌年1月為波谷；除2013、2016年外，其余年份單日邊界層高度均出現(xiàn)過(guò)近6000 m的高度。

圖3為2009—2018年酒泉月平均大氣邊界層高度變化?？梢钥闯觯缕骄髿膺吔鐚痈叨仍?84～3176 m之間，呈明顯“單峰”型分布，1—5月迅速增加，5—10月緩慢下降，11—12月迅速降低。其中1月最低(684 m)，5月最高(3176 m)，兩者相差近5倍，4、6月次之，接近3000 m；11月、12月至翌年1月大氣邊界層高度相對(duì)較低，在1000 m以下；其余月份大氣邊界層高度在1000～3000 m之間。

圖4為2009—2018年酒泉大氣邊界層高度季節(jié)變化特征?？梢钥闯觯?009、2010年以外，酒泉大氣邊界層高度均表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，其中春季大氣邊界層高度最高超過(guò)3000 m，冬季大氣邊界層高度均在1000 m以下，整體呈現(xiàn)春夏高、秋冬低的特點(diǎn)。在季節(jié)過(guò)渡中，春夏季大氣邊界層高度差最小，約為100m，夏秋季大氣邊界層高度差最為顯著，約為1000 m，秋冬季大氣邊界層高度差約為700 m，季節(jié)變化特征反映了地表加熱、風(fēng)速等因素對(duì)大氣邊界層高度的影響。酒泉春季太陽(yáng)輻射顯著增強(qiáng)，且干燥、多風(fēng)、少降水，大氣邊界層高度為全年最高；夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，邊界層湍流發(fā)展旺盛，但風(fēng)速減小和濕度增大又在一定程度上抑制了邊界層的發(fā)展，大氣邊界層高度略有下降；秋季太陽(yáng)輻射開始減弱，日照時(shí)數(shù)減少，大氣邊界層高度明顯下降；冬季太陽(yáng)輻射最弱，多逆溫，邊界層湍流較弱，不利于邊界層的發(fā)展，因此大氣邊界層高度較低。

圖2 2009—2018年酒泉大氣邊界層高度年際變化(a)和日變化(b)Fig.2 The annual variation (a) and daily variation (b) of atmospheric boundary layer height in Jiuquan during 2009-2018

圖3 2009—2018年酒泉大氣邊界層高度月變化Fig.3 Monthly variation of mean atmospheric boundary layer height in Jiuquan during 2009-2018

圖4 2009—2018年酒泉大氣邊界層高度季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of atmospheric boundary layer height in Jiuquan during 2009-2018

圖5為酒泉2009—2018年四季及年不同大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率。可以看出，2009—2018年酒泉年大氣邊界層高度在500～1000 m出現(xiàn)頻率最高，為20.0%，其次是1000～1500 m和1500～2000 m，出現(xiàn)頻率分別為13.8%和13.6%，低于500 m和高于4000 m的大氣邊界層高度出現(xiàn)較少，分別為8.7%和5.8%，其中5000 m以上極端深厚邊界層出現(xiàn)頻率僅為0.9%。整體上，酒泉年大氣邊界層高度以500～4000 m為主，出現(xiàn)頻率達(dá)85.4%，較低的大氣邊界層出現(xiàn)頻率高，而較高的大氣邊界層出現(xiàn)頻率低。

酒泉不同季節(jié)不同大氣邊界高度出現(xiàn)頻率也有差異。春季大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率較均勻地分布在1500～4000 m的各個(gè)高度層，1500 m以上大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率達(dá)85.4%；夏季大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率幾乎為對(duì)稱分布，頻率峰值處于2500～3000 m，為17.7%；秋季大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率系統(tǒng)性向低值傾斜，2000 m以下大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率明顯較大；冬季大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率分布與春季呈明顯相反趨勢(shì)，以1500 m以下為主，占比達(dá)87.9%，近10 a酒泉冬季沒有出現(xiàn)過(guò)大于4000 m的深厚邊界層?？傮w上，春季和夏季不同范圍大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率幾乎呈對(duì)稱性分布，秋冬大氣邊界層高度頻率分布系統(tǒng)性地向低值偏斜。5000 m以上極端深厚邊界層主要出現(xiàn)在春季，500 m以下大氣邊界層高度主要出現(xiàn)在冬季。

3.2 大氣邊界層高度與氣象要素的關(guān)系

對(duì)2009—2018年酒泉大氣邊界層高度與日最高氣溫、日最低氣溫、低云量、降水、0 cm地溫、極大風(fēng)速、日照等氣象因子做相關(guān)性分析(表2)。結(jié)果表明：大氣邊界層高度與日最高氣溫、日最低氣溫、0 cm地溫、日照、極大風(fēng)速和低云量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.634、0.566、0.531、0.547、0.365和0.217，且相關(guān)系數(shù)均通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)。大氣邊界層高度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.347，與降水和總云量無(wú)明顯相關(guān)。

3.3 沙塵天氣時(shí)邊界層環(huán)境參量

3.3.1 酒泉沙塵分布特征

圖6為2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵出現(xiàn)日數(shù)的月變化?？梢钥闯觯?0 a，酒泉共發(fā)生沙塵日數(shù)120 d，其中沙塵暴22 d、揚(yáng)沙58 d、浮塵40 d。沙塵暴主要現(xiàn)在4—6月，且4月出現(xiàn)日數(shù)最多，占總沙塵暴日數(shù)的68.2%，6月最少，近10 a僅出現(xiàn)過(guò)1 d；揚(yáng)沙和浮塵各月均有出現(xiàn)，但主要出現(xiàn)時(shí)段略有不同，揚(yáng)沙主要出現(xiàn)在2—5月，占總揚(yáng)沙日數(shù)的67.2%；浮塵則主要出現(xiàn)在3—4月，占總浮塵日數(shù)的60.0%。從沙塵天氣季節(jié)分布來(lái)看，春季最多約占65.0%，秋季最少僅為7.5%。

圖5 2009—2018年四季及年酒泉不同大氣邊界層高度出現(xiàn)頻率Fig.5 The occurrence frequency of different atmospheric boundary layer height in Jiuquan in the whole year and different seasons during 2009-2018

表2 2009—2018年酒泉大氣邊界層高度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)Tab.2 The correlation coefficients between the boundary layer height and meteorological factors in Jiuquan during 2009-2018

圖6 2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵出現(xiàn)日數(shù)的月變化Fig.6 The monthly variation of occurrence days of dust with different intensity in Jiuquan from 2009 to 2018

3.3.2 不同強(qiáng)度沙塵天氣下大氣邊界層高度變化

圖7為2009—2018年酒泉沙塵天氣發(fā)生時(shí)大氣邊界層高度的月變化?？梢钥闯?，沙塵暴發(fā)生時(shí)大氣邊界層高度最高，超過(guò)3100 m；揚(yáng)沙發(fā)生時(shí)春、秋季大氣邊界層高度較高，在3000 m左右，夏季次之，冬季最??；浮塵發(fā)生時(shí)邊界層高度春季較大，接近2900 m。

圖7 2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵天氣時(shí)大氣邊界層高度的月變化Fig.7 The monthly variation of atmospheric boundary layer height under the dust weather conditions with different intensity in Jiuquan during 2009-2018

圖8為2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵發(fā)生前后邊界層高度變化?？梢钥闯觯硥m暴發(fā)生前一日邊界層高度較高在4000 m以上，沙塵暴發(fā)生當(dāng)日邊界層高度迅速降低至3000 m左右，沙塵暴結(jié)束后邊界層高度略有上升，這是因?yàn)樯硥m暴發(fā)生前氣溫通常較高，發(fā)生時(shí)常伴有強(qiáng)冷空氣活動(dòng)，熱力湍流減弱導(dǎo)致邊界層高度顯著降低。揚(yáng)沙發(fā)生當(dāng)日邊界層高度在2200 m左右，較前一日有所增加；浮塵發(fā)生當(dāng)日邊界層高度在1600 m左右，較發(fā)生前日略有降低，但整體變幅不大?？傮w上沙塵暴發(fā)生時(shí)邊界層高度最高，揚(yáng)沙天氣發(fā)生時(shí)邊界層高度次之，浮塵天氣發(fā)生時(shí)邊界層高度最低。

圖8 2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵天氣發(fā)生前后大氣邊界層高度變化Fig.8 The change of atmospheric boundary layer height before and after the occurrence of dust weather with different intensity in Jiuquan during 2009-2018

3.3.3 不同強(qiáng)度沙塵天氣下邊界層風(fēng)速特征

圖9為2009—2018年不同強(qiáng)度沙塵天氣發(fā)生時(shí)08:00和20:00地面及不同邊界層高空風(fēng)速變化?？梢钥闯觯硥m暴天氣發(fā)生時(shí)地面至高空900 m風(fēng)速隨高度升高持續(xù)增大，其中地面至300 m風(fēng)速增加最大，300 m風(fēng)速是地面風(fēng)速的2倍多；揚(yáng)沙天氣發(fā)生時(shí)風(fēng)速隨高度增大，至600 m后基本穩(wěn)定維持；浮塵天氣發(fā)生時(shí)風(fēng)速隨高度增大，至300 m后開始緩慢減小。另外，沙塵暴、揚(yáng)沙天氣發(fā)生時(shí)20:00邊界層風(fēng)速高于08:00，浮塵天氣發(fā)生時(shí)20:00邊界層風(fēng)速低于08:00。

3.3.4 不同強(qiáng)度沙塵天氣下邊界層逆溫

圖10為2009—2018年不同強(qiáng)度沙塵天氣發(fā)生前和發(fā)生時(shí)邊界層逆溫厚度和逆溫強(qiáng)度變化。可以看出，浮塵天氣發(fā)生當(dāng)日逆溫厚度最大，沙塵暴天氣發(fā)生當(dāng)日逆溫厚度和逆溫強(qiáng)度最小。沙塵暴、揚(yáng)沙和浮塵天氣發(fā)生時(shí)逆溫厚度分別為291、315和425m，逆溫強(qiáng)度分別為0.7、2.2和1.5 ℃·(100 m)-1；沙塵暴、揚(yáng)沙和浮塵天氣發(fā)生前逆溫厚度分別為182、303和383 m，逆溫強(qiáng)度分別為2.7、2.6和2.4 ℃·(100 m)-1。沙塵天氣發(fā)生時(shí)逆溫厚度較前一日均有增加，逆溫強(qiáng)度均有減小，其中沙塵暴發(fā)生前后逆溫厚度和強(qiáng)度變化最明顯，這是因?yàn)樯硥m暴發(fā)生時(shí)，強(qiáng)冷空氣入侵地面的強(qiáng)大動(dòng)力作用和地面局地?zé)崃ψ饔霉餐箍諝庠诖怪狈较蛏袭a(chǎn)生劇烈擾動(dòng)，加劇了冷暖空氣的混合，破壞了逆溫層，使得逆溫減弱甚至消失[32]。

圖9 2009—2018年酒泉沙塵暴(a)、揚(yáng)沙(b)和浮塵(c)天氣發(fā)生時(shí)08:00和20:00地面及不同邊界層風(fēng)速變化Fig.9 The variation of wind speed at 08:00 BST and 20:00 BST on ground surface and different atmospheric boundary layer height under sandstorm (a), blowing sand (b) and floating dust (c) weather conditions in Jiuquan during 2009-2018

圖10 2009—2018年酒泉不同強(qiáng)度沙塵天氣發(fā)生前和發(fā)生時(shí)邊界層逆溫厚度和強(qiáng)度變化Fig.10 Thickness and intensity changes of boundary layer inversion before dust weather and on dust weather days with different intensity in Jiuquan during 2009-2018

3.4 一次典型沙塵暴過(guò)程的邊界層結(jié)構(gòu)特征

2010年4月24—25日，甘肅河西走廊地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程，其中，酒泉、民勤出現(xiàn)能見度為0 m的特強(qiáng)沙塵暴，這次沙塵暴天氣主要由中西伯利亞—新疆北部的偏北大風(fēng)攜帶極地強(qiáng)冷空氣入侵造成[33]。24日08:00沙塵暴最先起源于河西走廊最西端敦煌，此后自西向東移動(dòng)，14:30左右開始影響酒泉，18:00沙塵暴轉(zhuǎn)為揚(yáng)沙，24日夜間20:37—22:00，再次出現(xiàn)沙塵暴，22:00沙塵暴過(guò)程結(jié)束。

圖11為2010年4月24日沙塵暴過(guò)境前后的溫度、風(fēng)速廓線。從溫度廓線看出，24日08:00(沙塵暴影響酒泉的前6 h)，大氣邊界層存在接地逆溫，逆溫層厚度388 m，逆溫強(qiáng)度1.1 ℃·(100 m)-1，24日20:00，接地逆溫層消失，此時(shí)邊界層中的大氣混合均勻。從風(fēng)速廓線看出，24日08:00，600～2000 m風(fēng)速13～14 m·s-1，風(fēng)切變較小，表明此時(shí)高空湍流混合很強(qiáng)，風(fēng)速混合均勻，但由于接地逆溫的存在，高空的動(dòng)量不能有效下傳，導(dǎo)致地面風(fēng)速較小僅為1 m·s-1；24日20:00，600～2000 m風(fēng)速25～30 m·s-1，地面風(fēng)速增大至16 m·s-1，表明由于接地逆溫層被破壞，高空動(dòng)量快速有效下傳到近地層，近地層0～600 m的風(fēng)切變達(dá)到14 m·s-1，湍流輸送很強(qiáng)，再次引發(fā)沙塵暴。

圖11 2010年4月24日08:00(a)、20:00(b)沙塵暴進(jìn)入酒泉前(a)、后(b)溫度(虛線)和風(fēng)速(實(shí)線)垂直廓線Fig.11 Vertical profiles of temperature (dotted line) and wind speed (solid line) before (a) and after (b) sandstorm entering Jiuquan at 08:00 BST (a) and 20:00 BST (b) on 24 April 2010

4 結(jié) 論

(1)2009—2018年酒泉年平均大氣邊界層高度1933 m，最小值和最大值出現(xiàn)在2009年(1839 m)和2012年(2073 m)，總體呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率為9 m·a-1。年內(nèi)月平均大氣邊界層高度呈“單峰型”分布，5月最高(3176 m)，12月最低(684 m)，超過(guò)5000 m的極端深厚大氣邊界層主要出現(xiàn)在4～5月。大氣邊界層高度季節(jié)變化表現(xiàn)為春季(2729 m)>夏季(2569 m)>秋季(1541 m)>冬季(799 m)，總體呈現(xiàn)春夏高、秋冬低的季節(jié)變化特征。大氣邊界層高度與日最高氣溫、日最低氣溫、0 cm地溫、日照時(shí)數(shù)成顯著正相關(guān)。酒泉大氣邊界層高度集中分布于500～4000 m之間，占比85.4%，5000 m以上和500 m以下的邊界層高度占比分別為0.9%和8.7%，冬季沒有出現(xiàn)過(guò)5000 m以上的深厚邊界層。

(2)酒泉沙塵天氣一年四季均有發(fā)生，其中春季最多，約占65.0%，秋季最少，僅為7.5%。沙塵暴主要出現(xiàn)在4—6月，3—10月大氣邊界層高度與沙塵強(qiáng)度呈正比，4月沙塵暴和揚(yáng)沙天氣的平均大氣邊界層高度均大于3000 m。沙塵暴對(duì)逆溫強(qiáng)度和邊界層高度的影響最明顯。沙塵暴天氣下邊界層風(fēng)速隨著高度增加而增大，浮塵天氣下邊界層風(fēng)速隨高度增加而減小。

(3)大氣邊界層高度的3種計(jì)算方法，Richardson法由于受近地層風(fēng)速的影響，計(jì)算結(jié)果偏低；位溫梯度法確定的邊界層高度偏高，即每月邊界層高度都大于Richardson法和干絕熱曲線法；干絕熱曲線法主要從熱力因素出發(fā)確定大氣邊界層高度，計(jì)算結(jié)果與已有研究結(jié)論較為一致，計(jì)算方法更為合理可靠。