新疆策勒4个典型下垫面近地层风速脉动特征

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒沙漠-绿洲过渡带为研究区,对流沙地、半固定沙地、固定沙地和绿洲内部4个下垫面平均风速、风速脉动和风向脉动特征进行分析,探讨风速、风向脉动差异原因。结果表明:1平均风速与阵风风速之间符合线性相关性,相关性随着距离地表高度的增大而增大,各高度平均风速与阵风风速都呈极显著正相关(P0.01);2从流沙前缘沿主风向至绿洲内部,随着植被盖度的增加,平均风速逐渐降低,且离地表越近降低的幅度越大;3随距离地表高度的增大,各测点风速脉动强度呈现先增大后减小的趋势,风速脉动相对值呈减小的趋势。从流沙地、半固定沙地、固定沙地到绿洲内部,风速脉动强度和风速脉动相对值总体上呈现增大的趋势,而在4个下垫面中,绿洲内部不同高度的风速脉动强度在夏季表现为最小,在冬季表现为最大;4风向脉动幅度以流沙地最小,半固定沙地、固定沙地次之,绿洲内部最大,即随植被覆盖度增加而增大。     

内蒙古高原小叶锦鸡儿灌丛沙堆对气流结构与风蚀的影响

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛沙堆是内蒙古高原东南部农牧交错区的主要风沙堆积类型。通过对该区典型灌丛沙堆周围风沙气流的野外观测,结果表明,气流方向与强度和输沙率,随沙堆不同位置而发生变化。绕过沙堆两侧的气流和越过沙堆上部的气流在背风侧汇集,并在同等沙堆高度的范围内和1.5倍沙堆高度的水平范围内出现涡流。从灌丛沙堆迎风坡脚经南北两侧至背风坡脚以及背风侧5倍沙堆高度的水平距离间,风速依次出现逐渐增大—最大—逐渐减小—最小—回増至旷野风速的变化过程。在不同风向条件下,灌丛沙堆背风侧气流的风速廓线,并不完全遵循对数变化规律,沙堆南侧气流在0.3~0.6 m高度处出现变异。另外,沙堆周围输沙率在迎风侧和南北两侧与风速变化基本一致,但在背风侧因气流方向紊乱而出现变异。输沙率随高度增加,在沙堆迎风侧至两侧各部位呈有规律递减,但在背风侧无规律。     

民勤地区沙尘暴近地面风速特征及其与环境因子的关系

作为沙尘暴发生必不可少的动力条件,风是判定沙尘暴强度的主要指标,也是沙尘暴预测预报的依据。虽然人类对风的认识很早、研究很多,但是对沙尘暴过程中的风速特征仍然在不断的探索中。文中研究了民勤荒漠区、绿洲边缘和绿洲内部三种下垫面近地面50m沙尘暴风速特征及其与环境因子的关系。主要研究结果是:1)在三种不同的下垫面条件下,沙尘暴风速在近地面50m范围内风速均随高度遵循幂函数关系递增。2)从荒漠区到绿洲边缘近地表0-50m内风速平均削减4.11%,再从绿洲边缘到达绿洲内部风速平均削减30.45%。风穿越研究断面,随高度增加风速削减率逐渐减小。3)不同季节,沙尘暴平均风速没有明显差异,但地表粗糙度越小沙尘暴平均风速的季节性差异越大,高度越高季节差异越大。4)绿洲内部地表粗糙度为2.121 cm,绿洲边缘为0.082 cm,荒漠区为0.023 cm。5)根据每次沙尘暴过程中30m in平均风速随时间的振荡曲线的轮廓可将沙尘暴归纳为三类,分别为单峰型、双峰型和多峰型。这三种不同类型的沙尘暴在大气环流背景、沙尘暴的发生时间、沙尘暴过程中风速的时空变化等均有明显的不同。在一次沙尘暴过程中,从垂直梯度看,随着高度的增加风速随时间曲线的振幅增大,而振荡频率降低;从水平梯度看,沙尘暴流场从荒漠区经绿洲边缘到达绿洲内部,风速曲线振幅逐渐减小,振荡频率逐渐增加。     

锡林郭勒典型草原区平坦草地风雪流结构特征

通过对锡林郭勒典型草原区平坦草地积雪全覆盖状况下风雪流野外观测,分析了近地表100 cm高度内的风雪流结构。结果表明:风雪流结构表现为移雪强度随距离雪面高度增加而急剧减弱。风雪流活动范围随着2 m处风速增强而逐步增大。风雪流结构函数在低风速条件下(4~7 m·s~(-1))符合对数函数关系衰减,高风速条件下(8 m·s~(-1))呈幂函数关系衰减;风雪流搬运高度主要集中在近地表20 cm范围内,该高度内移雪量达到总移雪量的80%以上;近地表100 cm高度范围内的平均移雪强度与2 m处风速符合极显著的幂函数关系,关系式为Q=3.378 6×10~(-7)·V~(5.5390)(P0.001,R~2=0.972 9)。近地表风速的增加,会导致风雪流搬运能力的急剧增强。相关结论可为典型草原区风雪流防治提供理论依据。     

草原灌木带空气动力学粗糙度研究

为了定量研究灌木带修复退化草原的机理,采用集沙仪和风速廓线仪野外采集了不同高度灌木带及退化草原的风蚀物及风速廓线,利用最小二乘法对风速廓线数据进行计算得到了相应的空气动力学粗糙度。结果表明:灌木带对草地的防护机理在于提升了地表的空气动力学粗糙度,降低了近地表的风速,从而导致灌木带相对退化草原的抗风蚀能力增强,大量风蚀物集中在近地表30 cm范围内;距灌木带的距离越远,空气动力学粗糙度呈现下降趋势;同时对不同高度灌木带的研究发现,0.3 m、0.7 m和1.5 m高的灌木带分别在距背风面3 m、5 m和6 m处的空气动力学粗糙度与退化草原的值趋于一致,此距离为该灌木带的有效防风蚀范围,空气动力学粗糙度及有效防护范围均随灌木高度的增加而增大。     

策勒不同下垫面风速廓线时空差异研究

通过对新疆策勒4个下垫面10m高风速廓线及粗糙度、摩阻风速等分析,探讨不同时空条件下植被和地形对风场的影响。结果表明:在中性层结下,从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地扬沙天气风速廓线斜率依次降低,风速较大时基本符合对数关系,其拟合程度依次是半固定沙地﹥固定沙地﹥流沙地,绿洲内部2m以上高度的风速较大时与高度基本符合对数关系。春季沙尘暴期间风速较小时半固定沙地0-10m高及绿洲内部2m以上高度风速与高度变化接近对数关系,当夏季沙尘暴风速较大时,4个下垫面不同高度风速与高度之间都不呈现对数关系。随着地表植被覆盖度的增加,粗糙度和摩阻风速也迅速增加,绿洲内部夏季沙尘暴天气近地表粗糙度比春季地表粗糙度增加较为显著。     

单一行带式乔木固沙林内风速流场和防风效果风洞实验

文中研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的两种单行一带模式固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析可以得出,两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为地表加强层(0.8 cm以下)、微变化层(1.2 cm)、显著变化层(1.6 cm和3 cm)和稳定变化层(6 cm-35 cm)这四个变化层。从距地表1.6 cm高度开始,垂直空间风速变化沿来风方向的风速总体上是逐步减小的趋势,且在林带处会出现一个峰值。总的来讲两种模式降低水平空间和垂直空间风速的效果都相同,但沿林带方向降低水平空间风速的效果有所不同,两种模式降低垂直风速的效果从地表向上都表现出先增加后减少的趋势。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘天气特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站2007—2011年的地面(10 m)风速、风向和沙尘天气等气象要素,分析沙漠腹地的沙尘天气特征。结果表明:1塔克拉玛干沙漠腹地沙尘频率和强风频率年、月分布具有较好的一致性,沙尘天气具有明显的季节性,春、夏季占全部沙尘频次的88.3%,冬季仅占总数的2.3%。2春、夏季沙尘天气的高发时段为12:00—00:00;20:00发生频次最多,分别占春、夏季沙尘频次的12.7%和10.8%,秋季和冬季沙尘天气高发时段为14:00—21:00。3出现沙尘天气时,风向主要集中在E、ENE、N和NNE 4个方向。4沙漠腹地临界起沙风速ut5%为4~5 m·s-1,一般地表的临界起沙风速ut50%为5~6 m·s-1;5从NfDO分布来看,春、夏两季要明显高于秋冬季节,其中4月最大,为0.284。因此,沙漠腹地春、夏季易发生沙尘天气。     

乌鲁木齐市近43年风速气候特征分析

利用乌鲁木齐市1961-2003年逐日平均风速资料,分析了乌鲁木齐市近43年风速的基本气候特征、变化趋势和年际、年代际变化等。其主要结果是:乌鲁木齐市年平均风速为2.47m.s-1。一年四季中夏季的平均风速最大为3.08m.s-1,冬季最小为1.52m.s-1,春季和秋季则分别为2.94m.s-1和2.31m.s-1。近43年乌鲁木齐市春季、夏季、秋季、以及年风速呈下降趋势,而冬季呈上升趋势。Morlet小波分析表明乌鲁木齐市风速变化具有准6、8年的年际尺度和准13、21年的年代际尺度周期变化,其中准13年周期振荡最为强烈。乌鲁木齐市风速变化是不同尺度周期振荡综合作用的结果。     

老哈河下游地区春季风沙活动强度特征

风沙活动强度是研究风沙地貌形成、演变及进行风沙灾害防治的重要理论依据.通过2006-2013年风速数据的统计和计算,对老哈河下游地区春季风沙活动强度特征进行了系统研究.结果表明:有效起沙风速随着风速等级的增加,其出现频率相应减少,主要集中在5.1 ～9.0m·s-1之间;输沙势、输沙量的方位分布与起沙风相似,以WNW、NW方向为主;春季的输沙势(DP)为70.50 VU,合成输沙势(RDP)为37.89VU,合成输沙方向(RDD)为108.3°;春季的最大可能输沙量为1848.49kg·m-1,合成输沙量为1005.42kg·m-1,合成输沙方向为103°,与该地区沙丘走向基本吻合;对输沙量贡献最大的风速以6.0～10.0m·s-1为主.     

酒泉地区高空风速分布特征及影响因素

利用酒泉国家气候观象台1980-2001年探空资料,分析其风速垂直分布和月、年际变化特征及其影响因子。结果表明:风速在对流层内随高度增加而增大,在200 hPa达到最大,对流层之上随高度增加而减小。酒泉站处在高空最大风带(副热带急流)最南和最北之间的位置,最大风带随季节南北移动,使酒泉站高空最大风呈现出规律性的季节变化。符合酒泉航天发射活动最佳气象条件的时间为每年10~11月。     

戈壁、流沙地表风沙流特性研究

通过对戈壁、流沙地表风沙流特性的风洞模拟实验研究,风沙流中的风速廓线分布满足幂函数的形式,其幂指数在0.20左右。对于戈壁地表,在不同风速下,相同高度层含沙量具有很大的相关性,风沙活动层主要集中在距地表20cm范围内;由于沙粒与戈壁地表的砾石发生碰撞,风沙流不再服从对数关系递减,其极值出现的高度随风速的增加而上移,呈现"象鼻效应"。     

不同结构尼龙网防风效应的风洞模拟

为对比不同结构尼龙网不同风速下的防风效应,开展对均匀型(A)、上密下疏型(B)、上疏下密型(C)3种不同结构尼龙网在6 m·s~(-1)、9 m·s~(-1)、12 m·s~(-1)指示风速下的风洞模拟试验。通过对不同结构尼龙网各风速下加速率等值线图和防风效能的对比分析,结果表明:1 3种结构尼龙网风场存在相似性但差异明显。B型尼龙网风影区下部存在加速区,A、C型则不存在;C型风影区中心位置较低。2 A、C型尼龙网防风效应随风速增大而降低,B型则相反。3测量范围内C型尼龙网防风效应明显优于A、B型。实际应用中应综合考虑沙障结构、风况等因素,尼龙网栅栏的布设建议选用上疏下密型结构。     

Microbial diversity in the saline-alkali soil of a coastal Tamarix chinensis woodland at Bohai Bay,China

Soil salinization or alkalization is a form of soil desertification. Coastal saline-alkali soil represents a type of desert and a key system in the network of ecosystems at the continent-ocean interface. Tamarix chinensis is a drought-tolerant plant that is widely distributed in the coastal saline-alkali soil of Bohai Bay, China. In this study, we used 454 pyrosequencing techniques to investigate the characteristics and distribution of the microbial diversity in coastal saline-alkali soil of the T. chinensis woodland at Bohai Bay. A total of 20,315 sequences were obtained, representing 19 known bacterial phyla and a large proportion of unclassified bacteria at the phylum level. Proteobacteria, Acidobacteria and Actinobacteria were the predominant phyla. The coverage of T. chinensis affected the microbial composition. At the phylum level, the relative abundance of γ-Proteobacteria and Bacteroidetes decreased whereas Actinobacteria increased with the increasing coverage of T. chinensis. At the genus level, the proportions of Steroidobacter, Lechevalieria, Gp3 and Gp4 decreased with the increase of the vegetation coverage whereas the proportion of Nocardioides increased. A cluster analysis showed that the existing T. chinensis changed the niches for the microorganisms in the coastal saline-alkali soil, which caused changes in the microbial community. The analysis also distinguished the microbial community structure of the marginal area from those of the dense area and sparse area. Furthermore, the results also indicated that the distance to the seashore line could also affect certain groups of soil bacteria in this coastal saline-alkali soil, such as the family Cryomorphaceae and class Flavobacteria, whose population decreased as the distance increased. In addition, the seawater and temperature could be the driving factors that affected the changes.     

风速对海岸沙丘表面风沙流结构影响的实证研究

在河北昌黎黄金海岸形态典型的横向沙脊顶部,对不同风速下的风沙流结构进行了观测。结果表明:随着风速的增加,风沙流中40 cm高度内的绝对输沙量增加,40~60 cm高度内各层的绝对输沙量减少;相对输沙量,在0~4 cm高度内减少,4~20 cm高度内增加,20~44 cm高度内变化较小,44~60 cm高度内减少;风沙流结构模式在0~40 cm高程内为指数分布,但在0~60 cm高程内随风速增大由幂函数分布转变为指数函数分布,在40~60 cm高程内则转变为相关性更强的多项式函数分布。风速变化对风沙流结构的上述影响,主要与随风速增加增大了沙粒的搬运高度以及气流搬运沙物质的粒度组成有关。     

植被沙障对近地表风沙流特征影响的风洞实验

植被沙障在一些地区已成为沙害防治的有效手段,其应用也越来越广泛,但对其治沙机理尚不很清楚.在盖度为10%,15%,20%,30%,40%,60%情况下,对植被沙障的防风固沙效益进行了风洞试验.实验风速设置为6,8,11 m/s,测定不同植被盖度的风速廓线特征、风沙流结构特征及其防沙效果.实验结果表明:①积沙总量随盖度增加而逐渐降低,风沙流中的砂粒分布在一定的高度范围内,但分布的高度随盖度的增加呈下降趋势;②植株的茂密程度对风沙流的结构有明显影响,盖度越高,积沙量越集中在下部;③盖度并不是导致积沙量为零的唯一指标,风蚀是否发生,还与植被的疏透度、防护林的高度等有关.     

Reinvestigation of the scaling law of the windblown sand launch velocity with a wind tunnel experiment

Windblown sand transport is a leading factor in the geophysical evolution of arid and semi-arid regions. The evolution speed is usually indicated by the sand transport rate that is a function of launch velocity of sand particle, whichhasbeen investigated by the experimental measurement and numerical simulation. However, the obtained results in literatures are inconsistent. Some researchers have discovered a relation between average launch velocity and wind shear velocity, while some other researchers have suggested that average launch velocity is independent of wind shear velocity. The inconsistence of launch velocity leads to a controversy in the scaling law of the sand transport rate in the windblown case. On the contrary, in subaqueous case, the scaling law of the sand transport rate has been widely accepted as a cubic function of fluid shear velocity. In order to explain the debates surrounding the windblown case and the difference between windblown and subaquatic cases, this study reinvestigates the scaling law of the vertical launch velocity of windblown transported sand particles by using a dimensional analysis in consideration of the compatibility of the characteristic time of sand particle motion and that of air flow. Then a wind tunnel experiment is conducted to confirm the revisited scaling law, where the sand particle motion pictures are recorded by a high-speed camera and then the launch velocity is solved by the particle tracking velocimetry. By incorporating the results of dimensional analysis and wind tunnel experiment, it can be concluded that, the ratio of saltonsnumber to reptonsnumberdetermines the scaling law of sand particle launch velocity and that of sand transport rate, and using this ratio is able to explain the discrepancies among the classical models of steady sand transport. Moreover, the resulting scaling law can explain the sand sieving phenomenon: a greater fraction of large grains is observed as the distance to the wind tunnel entrance becomes larger.     

干旱区防护林空间配置模式及成本效益分析

测定研究了3种不同配置格局沙柳林的风速廓线梯度,得出行带式配置防风效果最好,均匀式次之,随机式最差。通过实地观测近地表输沙率和地表粗糙度,计算行带式配置中不同规格沙柳林的防护成本效益。结果表明:一行一带、带高1.5 m、带距7.5 m、插深0.5 m配置规格的行带式沙柳林防护成本效益最好,但限于15倍带高以内;行数一定的情况下,防护林带越高,防护成本效益越大。