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。     

天山北坡积雪期不同下垫面雪密度及液态含水率对比分析

利用Snow Fork雪特性分析仪和超声波雪深传感器,分别对林地、草地和灌木地的积雪深度、雪密度及液态含水率进行监测,对比分析3种下垫面雪密度、液态含水率在积雪垂直剖面分布的差异性及积雪深度随时间累积的变化特征。结果表明:主要积雪期为历年11月至次年2月,积雪期3种下垫面雪深变化规律基本一致,呈累积变化趋势,但林地因自身树冠层的截留作用,其平均积雪深度最小,较林外草地积雪总量,林地树冠层对降雪的截留量约为45.33%;积雪初期(10月底至11月中旬)各下垫面雪密度、液态含水率从积雪底层至表层变化趋势基本一致,最大值均出现在积雪表层或中间层;积雪后期(12月至次年2月中旬)3种下垫面雪密度峰值均出现在积雪底层,而液态含水率存在差异性,林地、草地液态含水率在积雪底层0cm-10cm处达到峰值,灌木地在中间层20cm-30cm处达到峰值;不同下垫面在同一积雪层处雪密度、液态含水率随时间累积均呈递增趋势。     

来流廓线对风沙流场和风沙堆积影响的数值模拟——以挡沙墙为例

来流风速廓线是控制与影响风沙流场变化的关键因素。基于CFD欧拉非定常模型,通过对不同来流廓线形式在特定粗糙度下垫面的数值分析,探究来流廓线对流场风速与积沙形态的影响。结果表明:2种来流廓线形式均在挡沙墙周围形成速度分区。其中,在背风侧,均匀流时回流区不明显,对数流时则回流区较明显;在迎风侧,均匀流时速度发生突变,对数流时则呈对数规律递增;不同来流形式下挡沙墙积沙分布不同,均匀流时只在背风侧形成积沙,而对数流时两侧均有积沙,且迎风侧积沙多于背风侧,来流速度越大,迎风侧积沙减小,而背风侧增多。     

近30年来乌鲁木齐河源区空冰斗季节性积雪对气候变暖的响应

利用中国科学院天山冰川观测试验站提供的1987-2014年的乌鲁木齐河源区空冰斗的气象观测资料,同时结合1987-1993/2006-2007/2014-2015对空冰斗季节性积雪的观测资料,分析了该区域积雪厚度,积雪日数的变化特征以及最大积雪深度与气温降水的关系。结果表明:1)在积雪稳定期,气温和降水总体呈增加趋势,且这种趋势主要发生在春季。2)稳定期积雪的持续时间有明显的缩短趋势。积雪的最大深度出现在海拔3865m处,这一高度以下,积雪深度随海拔升高呈现上升趋势,而这一高度以上的地区则相反。3)积雪稳定期,降水对最大积雪深度的影响远远大于气温等其他气象因素。     

天山乌鲁木齐河源区空冰斗积雪特征

根据2006年12月至2007年4月天山乌鲁木齐河源区空冰斗季节性积雪的观测资料,分析了该区域积雪厚度、积雪温度及积雪储水量的变化特征。结果表明:空冰斗积雪在观测初期比较稳定,随着降水量增加,积雪厚度也随之增加,4月中旬达到最大值,季节性积雪的持续时间约为7个月;积雪厚度最大值一般出现在海拔3830m附近,这一高度以下积雪厚度随海拔升高呈现增加的趋势,而在这一高度以上则呈相反趋势;积雪温度受气温影响明显,在观测期内随着气温的升高积雪温度也逐渐上升;研究期内积雪储水量高于上世纪90年代初的同期观测值。     

古尔班通古特沙漠的积雪及雪融水储存特征

通过在中国科学院阜康荒漠生态站北沙窝试验区布置野外定位试验,对古尔班通古特沙漠地区积雪物理特征变化、沙垄坡地以及稀疏梭梭林地的积雪分布、融雪水分在土壤中的转化储存效率及其成因进行研究.结果表明:古尔班通古特沙漠地区的积雪属低密度的"干寒型"雪,平均雪密度在0.14～0.27g/cm<'3>之间,积雪分布存在较大的空间分异特性;融雪水文过程以垂直入渗储存为主,没有明显的洼地积水和地表汇流过程;雪融水转化为土壤水分的比例高达78.8%～92%,为春季荒漠植被的生长提供了很好的水分条件.除了起伏的沙垄地形、冬季的低气温、多雾天气外,有限的积雪量、积雪融化前极低的土壤含水量以及高渗透率的沙地是古尔班通古特沙漠雪融水以垂直人渗为主并具有高的转化储存效率的主要原因.     

吸沙式挡沙墙设计及防护效益分析

为了解决沙粒掩埋挡沙墙造成挡沙墙防护效果降低,文中基于k-ε湍流模型的RANS方法和多孔介质模型对不同参数的吸沙式挡沙墙进行数值模拟计算,并采用风洞试验验证文中所选湍流模型和网格划分策略的正确性。研究结果表明：风沙流经过挡沙墙会形成速度分区,分别为墙前减速区、墙后墙体结构导致的局部加速区、墙体正上方加速区、墙后涡流区以及恢复区。随着挡沙墙孔隙率减小,背风侧有效遮蔽区域越大,背风侧积沙位置离墙体越近,吸沙式挡沙墙的最优孔隙率在25%～35%,考虑到制造工艺,孔隙率选35%为宜;文中所设计挡沙墙的吸沙功能良好,吸沙量的大小正相关于孔隙率和来流风速;吸沙式挡沙墙周围的水平风速随高度增加逐渐从“U”型转变为“V”型分布,风速廓线在垂直方向上呈现倒“S”形分布。当风速一定时,有效防护距离随着挡沙墙高度的增加而增大,积沙范围增大;当高度一定时,积沙位置随着来流风速的增大逐渐向下风向转移。挡沙墙高度越高,承受的风压越大,工程造价上升,从防护距离和工程造价两方面考虑,四块挡沙板是吸沙式挡沙墙最合理阻沙高度。     

青藏铁路沱沱河路段流场特征及沙害形成机理

通过对青藏铁路沱沱河路段路基流场结构、风速廓线特征的风洞模拟实验研究,发现气流在途经铁路路基时,路基断面对近地表流场改变极大,在其两侧形成明显的遇阻抬升区、集流加速区、减速沉降区以及消散恢复区。铁路沙害的形成主要是路基迎风侧气流由于遇阻抬升和集流加速,对路肩和路基中上部产生风蚀;随着气流加速抬升,底层砂粒以跌落沉降的方式堆积在路基迎风坡坡脚,造成路基沙埋;当气流越过路基,在背风侧由于减速沉降和涡旋运动,风沙流处于过饱和状态,将所携带的大量砂粒堆积在背风坡。     

2001-2014年新疆阿尔泰地区积雪时空分布特征研究

基于2001-2014年的MODIS10A2积雪产品数据,对新疆阿尔泰地区积雪的年际变化特征、年内变化特征及空间分布进行了分析研究,得到以下结论:1)年内积雪一般由10月中旬左右便开始累积建立,在第二年1月份积雪覆盖面积到最大值,7月份积雪覆盖面积达到最小值,其中,冬季积雪面积所占比例最大,夏季最小。2)2001-2014年新疆阿尔泰地区积雪覆盖面积呈减少趋势。阿尔泰地区积雪空间分布极不均匀,北部积雪分布明显多于南部,山区及高海拔地区为积雪频次分布的高值区,平原及流域地区为积雪覆盖频次的低值区。3)永久性积雪主要分布在阿尔泰山北部的高海拔区(3000-3923m),且面积较小。     

高立式沙障不同叠加模式的阻沙量对比分析

为了解决尼龙阻沙网在沙埋情况下的防风阻沙,采用不同叠加模式的尼龙阻沙网进行防护。设置3种高立式沙障叠加模式方案,叠加位置分别位于迎风坡、阻沙网、背风坡,迎风坡与背风坡叠加的尼龙阻沙网与原有阻沙障距离和长度均相同,叠加的阻沙网高度为沙埋原有阻沙障的一半,且叠加的尼龙阻沙网需高出原有尼龙阻沙障。选择高1.2 m的沙埋阻沙障进行叠加,迎风与背风坡叠加的位置距原有阻沙障水平距离约45 cm。通过野外观测发现：① 不同叠加模式的高立式沙障阻沙量不同,即阻沙网＞迎风坡＞背风坡;② 3种不同叠加模式的积沙量都随着阻沙网的不断叠加而增加,且增加的阻沙量越来越大;③ 随着阻沙网的不断叠加,3种不同叠加模式的单位阻沙成本不断变化。迎风坡与阻沙网模式的单位阻沙成本不断降低,最后趋于平稳;背风坡模式有所不同,其单位阻沙成本先有所增加,然后再下降,最终趋于平稳。阻沙成本为：阻沙网<迎风坡<背风坡。     

乌兰布和沙漠天然灌丛防风阻沙效益研究

对乌兰布和沙漠封沙育草带内的天然灌丛周围风速及输沙量的野外观测结果表明,天然白刺灌丛沙堆对风沙流具有阻滞作用,风沙流在迎风面受阻堆积,在背风面风速下降40.3~42.1%,并形成低速区,引起沙粒堆积;沙蒿灌丛对2m高处风速没有影响,但可引起灌丛背风面近地表0.5m处风速下降20.5%。灌丛的迎风面存在一个减速区,灌丛顶部及两侧为加速区,灌丛背风面存在一个静风区和一个尾流区。灌丛侧面的输沙量最大,背风面输沙量最小,迎风面2H处输沙量大于1H处,这与各点的风速变化是一致的。对不同盖度沙地的输沙量进行的观测表明,输沙能力随植被盖度的增加而减小,流动沙地输沙量最大,在5.6~9.4m/s风速范围内输沙量为2.25~21.75g,半固定沙地的输沙量次之,为0.32~13.58g,固定沙地最小,为0.06~2.29g。     

Snow resisting capacity of Caragana microphylla and Achnatherum splendens in a typical steppe region of Inner Mongolia,China

Snow resisting capacity of vegetation is important for secondary distribution of water resources in seasonal snow areas of grassland because it affects the regeneration,growth and nutrient circulation of vegetation in grassland.This study investigated vegetation characteristics(canopy height,canopy length and crown width)of Caragana microphylla Lam.(shrub)and Achnatherum splendens(Trin.)Nevski.(herb),and snow morphologies(snow depth,snow width and snow braid length)in a typical steppe region of Inner Mongolia,China in 2017.And the influence of vegetation characteristic on snow resisting capacity(the indices of bottom area of snow and snow volume reflect snow resisting capacity)was analyzed.The results showed that snow morphology depends on vegetation characteristics of shrub and herb.The canopy height was found to have the greatest influence on snow depth and the crown width had the greatest influence on snow width.The canopy length was found to have little influence on morphological parameters of snow.When the windward areas of C.microphylla and A.splendens were within the ranges of 0.0-0.5 m2 and 0.0-8.0 m2,respectively,the variation of snow cover was large;however,beyond these areas,the variation of snow cover became gradually stable.The potential area of snow retardation for a single plant was 1.5-2.5 m2 and the amount of snow resistance was 0.15-0.20 m3.The bottom area of snow and snow volume(i.e.,snow resisting capacity)of clumped C.microphylla and A.splendens was found to be 4 and 25 times that of individual plant,respectively.The results could provide a theoretical basis both for the estimation of snow cover and the establishment of a plant-based technical system for the control of windblown snow in the typical steppe region of Inner Mongolia.     

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。     

沙漠公路防护林不同林带位置的风沙流结构

利用BSNE集沙仪对沙漠公路两侧防护林的近地表风沙流结构进行研究,结果表明:(1)随着高度的增加,不同林带位置上部的输沙量趋于一致,各点风沙流输沙量差异主要集中在近地表处,而植被覆盖与否对近地表气流中的输沙量有决定性作用,输沙量表现为:迎风面流沙地林带间背风面林带内。(2)迎风面及流沙地风沙流输沙量主要分布在距地表20 cm高度内,背风面则集中分布在50 cm高度内,均占观测高度输沙总量的74%以上,林带间及林带内风沙流输沙量在各高度层分布较为平均,介于11%~23%之间。(3)护林体系外(迎风面、背风面及流沙地),风沙流输沙垂直分布差异很大,输沙量随高度增加呈幂函数形式降低,而防护林体系内(林带间及林带内),风沙流垂直分布差异趋于减小,输沙量随高度增加呈多项式形式先降低后增加。     

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。     

Monitoring and analysis of snow cover change in an alpine mountainous area in the Tianshan Mountains,China

Estimating the snow cover change in alpine mountainous areas (in which meteorological stations are typically lacking) is crucial for managing local water resources and constitutes the first step in evaluating the contribution of snowmelt to runoff and the water cycle. In this paper, taking the Jingou River Basin on the northern slope of the Tianshan Mountains, China as an example, we combined a new moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) snow cover extent product over China spanning from 2000 to 2020 with digital elevation model (DEM) data to study the change in snow cover and the hydrological response of runoff to snow cover change in the Jingou River Basin under the background of climate change through trend analysis, sensitivity analysis and other methods. The results indicate that from 2000 to 2020, the annual average temperature and annual precipitation in the study area increased and snow cover fraction (SCF) showed obvious signs of periodicity. Furthermore, there were significant regional differences in the spatial distribution of snow cover days (SCDs), which were numerous in the south of the basin and sparse in the central of the basin. Factors affecting the change in snow cover mainly included temperature, precipitation, elevation, slope and aspect. Compared to precipitation, temperature had a greater impact on SCF. The annual variation in SCF was limited above the elevation of 4200 m, but it fluctuated greatly below the elevation of 4200 m. These results can be used to establish prediction models of snowmelt and runoff for alpine mountainous areas with limited hydrological data, which can provide a scientific basis for the management and protection of water resources in alpine mountainous areas.     

秦岭主峰太白山积雪时空变化规律及驱动机制分析

利用2000—2017年LandsatTM数据,基于SNOMAP算法提取秦岭主峰太白山积雪面积,同时结合研究区地形数据及10个气象站点的气象观测数据,分析太白山积雪变化特征及其与地形、气候因素的关系。结果表明:(1)2000-2017年冷季太白山积雪面积在波动中减少。积雪面积消减率为24.15%;(2)影响太白山积雪变化的地形因素呈现出相同的规律特点,伴随海拔的升高,积雪覆盖率在2500m以上大幅减少,同时随坡度增大,积雪覆盖率总体随坡度变化呈V型分布;(3)气象因素中太白山积雪面积减少受冷季平均气温升高影响较大,通径分析结果显示太白山积雪面积变化受地形因素及气候因素等多方面因素影响。     

Spatiotemporal variation in snow cover and its effects on grassland phenology on the Mongolian Plateau

Snow cover is an important water source for vegetation growth in arid and semi-arid areas,and grassland phenology provides valuable information on the response of terrestrial ecosystems to climate change.The Mongolian Plateau features both abundant snow cover resources and typical grassland ecosystems.In recent years,with the intensification of global climate change,the snow cover on the Mongolian Plateau has changed correspondingly,with resulting effects on vegetation growth.In this study,using MOD10A1 snow cover data and MOD13A1 Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)data combined with remote sensing(RS)and geographic information system(GIS)techniques,we analyzed the spatiotemporal changes in snow cover and grassland phenology on the Mongolian Plateau from 2001 to 2018.The correlation analysis and grey relation analysis were used to determine the influence of snow cover parameters(snow cover fraction(SCF),snow cover duration(SCD),snow cover onset date(SCOD),and snow cover end date(SCED))on different types of grassland vegetation.The results showed wide snow cover areas,an early start time,a late end time,and a long duration of snow cover over the northern Mongolian Plateau.Additionally,a late start,an early end,and a short duration were observed for grassland phenology,but the southern area showed the opposite trend.The SCF decreased at an annual rate of 0.33%.The SCD was shortened at an annual rate of 0.57 d.The SCOD and SCED in more than half of the study area advanced at annual rates of 5.33 and 5.74 DOY(day of year),respectively.For grassland phenology,the start of the growing season(SOS)advanced at an annual rate of 0.03 DOY,the end of the growing season(EOS)was delayed at an annual rate of 0.14 DOY,and the length of the growing season(LOS)was prolonged at an annual rate of 0.17 d.The SCF,SCD,and SCED in the snow season were significantly positively correlated with the SOS and negatively correlated with the EOS and LOS.The SCOD was significantly negatively correlated with the SOS and positively correlated with the EOS and LOS.The SCD and SCF can directly affect the SOS of grassland vegetation,while the EOS and LOS were obviously influenced by the SCOD and SCED.This study provides a scientific basis for exploring the response trends of alpine vegetation to global climate change.     

2002-2009年中国干旱区积雪时空分布特征

以中国干旱区为研究对象,利用MODIS和AMSR-E融合后的2002-2009年8个水文年份（8月1日至7月31日）的无云积雪产品,计算并验证了用遥感方法提取研究区积雪日数、初雪日期和终雪日期的精度,结合积雪日数制图和积雪面积统计,分析了研究区8 a来积雪时空分布特征。结果显示：① 与气象台站观测资料获取的积雪参数的对比验证表明,遥感方法提取积雪参数的精度较高,误差日数大多在20 d以内,主要表现为遥感方法积雪日数的低估,初雪日期的延后和终雪日期的提前。② 除山地冰川和永久积雪外,天山和阿尔泰山山系间的北疆地区是研究区内季节性积雪最为丰富的地区,积雪日数一般在60 d以上,不过积雪的分布不均匀,大体上从边缘山区向内部盆地中心积雪日数递减,初雪日期延后,终雪日期提前。③ 干旱区在2005年、2007年和2002年积雪面积较大,而2008年和2006年积雪面积较小。各年稳定积雪存在的地区和范围相对稳定,面积变化不大,其年际变化主要体现在积雪日数的增减上;不稳定积雪的面积一般高于稳定积雪,且年际变化较大,积雪日数大多在20 d以内。