Vertical variations of near-surface meteorological elements over different underlying surfaces in the Badain Jaran Desert

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00010

Journal of Desert Research ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (3): 109-119.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00010

Vertical variations of near-surface meteorological elements over different underlying surfaces in the Badain Jaran Desert

Yan Jiang¹(), Naiang Wang¹(), Liqiang Zhao¹, Nan Meng¹^,², Jinqiao Liu¹, Hao Ye¹

^1.College of Earth and Environmental Sciences / Desert and Glacier Science Observation and Research Station，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China
^2.Department of Geography，Fuyang Normal University，Fuyang 311400，Anhui，China

Received:2025-11-11 Revised:2026-01-13 Online:2026-05-20 Published:2026-06-11
Contact: Naiang Wang

Abstract

Abstract:

Using near-surface atmospheric boundary layer gradient observations from three stations during 2024-2025， this study systematically investigates the seasonal characteristics of near-surface wind speed， air temperature， and specific humidity profiles under typical clear-sky conditions in the desert interior and along the southeastern margin of the Badain Jaran Desert. The principal findings are summarized as follows. （1） Across different underlying surfaces， near-surface wind speeds are consistently higher during the daytime and lower at night， with the nocturnal boundary layer characterized by stable stratification and intensified wind shear. Among the three sites， the wind speed profile at the Sand Dune Station exhibits the strongest agreement with a power-law formulation， whereas those at the Lakeside Station and the Yabulai Mountain Station are more accurately described by exponential functions. （2） Near-surface air temperature decreases in the order of Lakeside Station， Sand Dune Station， and Yabulai Mountain Station. Temperature profiles display pronounced diurnal variability， with the nocturnal near-surface atmosphere tending toward near-isothermal conditions or developing temperature inversions. The most intense inversions occur in winter， and the inversion layer heights at the Lakeside and Yabulai Mountain Stations are greater than those at the Sand Dune Station. （3） Near-surface specific humidity is highest at the Lakeside Station and lowest at the Sand Dune Station， with a clear seasonal ranking of summer greater than autumn greater than spring greater than winter. At the Sand Dune Station， humidity inversion occurs above 4 m throughout all seasons. At the Lakeside Station， humidity inversion is observed above 2 m during nighttime in spring and winter and above 8 m in summer and autumn. At the Yabulai Mountain Station， humidity inversion frequently appears within the 4-8 m layer， and it is observed throughout the entire day in winter. The research results provide fundamental data to support leading scientific conservation efforts for the Badain Jaran Desert World Heritage Site and to improve boundary layer parameterizations in regional numerical models， thereby deepening the understanding of the formation mechanisms of mega-dunes.

Key words: Badain Jaran Desert, near-surface atmospheric boundary layer, meteorological elements, profile structure

CLC Number:

Yan Jiang, Naiang Wang, Liqiang Zhao, Nan Meng, Jinqiao Liu, Hao Ye. Vertical variations of near-surface meteorological elements over different underlying surfaces in the Badain Jaran Desert[J]. Journal of Desert Research, 2026, 46(3): 109-119.

Figures/Tables 9

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仪器名称	型号	观测高度/m	采样周期	精度	生产厂家
数据采集器	CR3000	1	最大100 Hz	—	美国 CSI
二维风传感器	WindSonic4	1,2,4,8,16	10 s	风速：±2%(12 m·s^-1);风向:±3%	英国 Gill
三维超声风传感器	CSAT3	2	10 Hz	U_x 和U_y ：±1 mm·s^-1;U_z ：±0.5 mm·s^-1	美国 CSI
空气温湿度传感器	HMP155A	1,2,4,8,16	10 s	气温：±0.1 ℃;相对湿度：±2%	芬兰 Vaisala
四分量净辐射传感器	CNR4	1.5	10 s	±1%	荷兰 Kipp & Zonen

仪器名称	型号	观测高度/m	采样周期	精度	生产厂家
数据采集器	CR3000	1	最大100 Hz	—	美国 CSI
二维风传感器	WindSonic4	1,2,4,8,16	10 s	风速：±2%(12 m·s^-1);风向:±3%	英国 Gill
三维超声风传感器	CSAT3	2	10 Hz	U_x 和U_y ：±1 mm·s^-1;U_z ：±0.5 mm·s^-1	美国 CSI
空气温湿度传感器	HMP155A	1,2,4,8,16	10 s	气温：±0.1 ℃;相对湿度：±2%	芬兰 Vaisala
四分量净辐射传感器	CNR4	1.5	10 s	±1%	荷兰 Kipp & Zonen

季节	站点	逆温频率/%	最大逆温层厚度/m	平均逆温强度/(℃·m⁻¹)	最大逆温强度/(℃·m⁻¹)（出现高度;时间）	逆温出现主要时段
春季	沙山站	50.0	12	0.08	0.24（1~2 m;06:00）	18:00至次日10:00
	湖边站	58.3	15	0.20	0.58（1~2 m;22:00）	20:00至次日08:00
	雅布赖山站	54.2	15	0.14	0.36（1~2 m;06:00）	20:00至次日08:00
夏季	沙山站	35.4	12	0.06	0.13(1~2 m;04:00)	18:00至次日10:00
	湖边站	54.2	15	0.21	0.67（1~2 m;06:00）	20:00至次日08:00
	雅布赖山站	37.5	15	0.09	0.25（1~2 m;06:00）	22:00至次日08:00
秋季	沙山站	54.2	12	0.06	0.16(1~2 m;04:00)	全天
	湖边站	54.2	12	0.25	0.90（1~2 m;22:00）	全天
	雅布赖山站	50.0	15	0.08	0.19(2~4 m;04:00)	22:00至次日06:00
冬季	沙山站	66.7	12	0.08	0.18(1~2 m;06:00)	全天
	湖边站	72.9	15	0.17	0.50（1~2 m;20:00）	18:00至次日12:00
	雅布赖山站	66.7	15	0.25	0.59(2~4 m;06:00)	20:00至次日10:00

季节	站点	逆温频率/%	最大逆温层厚度/m	平均逆温强度/(℃·m⁻¹)	最大逆温强度/(℃·m⁻¹)（出现高度;时间）	逆温出现主要时段
春季	沙山站	50.0	12	0.08	0.24（1~2 m;06:00）	18:00至次日10:00
	湖边站	58.3	15	0.20	0.58（1~2 m;22:00）	20:00至次日08:00
	雅布赖山站	54.2	15	0.14	0.36（1~2 m;06:00）	20:00至次日08:00
夏季	沙山站	35.4	12	0.06	0.13(1~2 m;04:00)	18:00至次日10:00
	湖边站	54.2	15	0.21	0.67（1~2 m;06:00）	20:00至次日08:00
	雅布赖山站	37.5	15	0.09	0.25（1~2 m;06:00）	22:00至次日08:00
秋季	沙山站	54.2	12	0.06	0.16(1~2 m;04:00)	全天
	湖边站	54.2	12	0.25	0.90（1~2 m;22:00）	全天
	雅布赖山站	50.0	15	0.08	0.19(2~4 m;04:00)	22:00至次日06:00
冬季	沙山站	66.7	12	0.08	0.18(1~2 m;06:00)	全天
	湖边站	72.9	15	0.17	0.50（1~2 m;20:00）	18:00至次日12:00
	雅布赖山站	66.7	15	0.25	0.59(2~4 m;06:00)	20:00至次日10:00

季节	站点	逆湿频率/%	最大逆湿层厚度/m	逆湿拐点高度/m	平均逆湿强度/(g·kg⁻¹·m⁻¹)	逆湿出现主要时段
春季	沙山站	25.0	4	4	0.020	全天
	湖边站	29.2	14	2	0.007	02:00—08:00
	雅布赖山站	22.9	4	4	0.008	全天
夏季	沙山站	43.8	4	4	0.030	全天
	湖边站	16.7	8	8	0.004	00:00—06:00;14:00—20:00
	雅布赖山站	18.8	4	4	0.030	08:00至次日00:00
秋季	沙山站	33.3	4	4	0.030	全天
	湖边站	12.5	8	8	0.002	10:00—18:00
	雅布赖山站	14.6	4	2	0.030	02:00—08:00;14:00—18:00
冬季	沙山站	43.8	12	4	0.006	全天
	湖边站	45.8	15	2	0.006	00:00—10:00;14:00—18:00
	雅布赖山站	56.3	14	2	0.004	全天

Vertical variations of near-surface meteorological elements over different underlying surfaces in the Badain Jaran Desert

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