农作物大气污染危害判别和调查中的空气污染气象学问题

本根据污染气象学原理，结合实例，介绍了风向，风速，有效源高和障碍物等对大气污染引起的农作物伤害影响特点，供在农作物大气污染判别和调查处理中参考。     

农田休闲期垄作地形对近地表风场的影响

垄作是旱作农田常用的保护性耕作技术,而其防风抗蚀的机制尚需研究。通过野外试验,对垄脊高25cm,垄沟宽1.5m的垄作田上风向、垄间及下风向地带0～4m的风流场进行了同步观测,对不同观测位置的时均风速、空气动力学粗糙度、摩阻速度和风速脉动进行了对比分析。结果表明,土垄间和下风向近地表0～1m内时均风速比上风向平坦地表明显降低,其中高0.3m处降低幅度最大。水平方向上风速降低幅度、空气动力学粗糙度和摩阻速度均随观测点与垄作地表距离的增大而减小。受风速递增的影响,风速的绝对脉动强度随高度呈对数关系递增。风速的相对脉动强度在0～1m内随高度增大而降低,1m以上基本无变化。高0.05m处风速的相对脉动强度在水平方向上随与垄作田距离的减小而增大,其中垄间最大,时均风速相同时对地面剪切力最大。     

风沙区马铃薯高垄栽培技术的防风阻沙效果

为了探讨高垄栽培技术防风阻沙效果,对高垄栽培下的马铃薯耕地的上风向、耕地上边缘、耕地中心、耕地下边缘、下风向的近地层风流场和输沙通量等风沙运动指标进行监测与分析。结果表明:气流自上风向至下风向运动过程中,受高垄栽培技术的影响,风速降低幅度、空气动力学粗糙度、摩阻风速均呈现先增加后降低的变化规律,其中在耕地下边缘处达到最大,其10,30,50,100,200 cm高度的防风效能分别为34.96%,46.59%,38.37%,26.68%,18.31%,空气动力学粗糙度与摩阻风速分别为2.15 cm和0.91 m/s,分别是上风向的4.56,1.19倍;垂直方向看,高垄栽培技术对于30 cm高度的风速削弱作用最为明显。风沙流自上风向至下风向运输过程中,其总单宽输沙率呈现先减小后增大的变化规律,在耕地下边缘的总单宽输沙率降至最低,为0.02 g/(cm·min),较上风向减小207.97倍,并且在耕地内部时,风沙流结构发生变异,各层输沙率不再满足指数递减规律。研究结果可为高垄栽培技术在防风阻沙应用中提供一定的理论依据。     

大型光伏电站对共和盆地荒漠区微气候的影响

[目的]揭示光伏电站内外局地小气候的差异,评估大型光伏电站的布设对共和盆地荒漠区小气候的影响。[方法]利用自动气象站的观测数据,通过对比对照点和光伏电站内观测点观测得到的基本气象要素(气温、相对湿度、风速和风向、辐射)和土壤温湿度评估大型光伏电站的布设对共和盆地荒漠区小气候的影响。[结果]光伏电站的布设使得共和盆地荒漠区相对湿度增加3.93%,这种影响在较干日和夜间表现的更明显。在布设光伏电站后风向由原来的东北风转为以东风为主,光伏电站的布设使得局地风向更加单一。对于风速而言,在布设光伏电站后大风速出现的比例显著降低。大型光伏电站使得共和盆地荒漠区风速减小了53.92%。大型光伏电站使得共和盆地荒漠区10,20,40cm平均土壤温度分别降低17.20%,16.75%和16.09%,对浅层的影响大于深层。光伏电站对共和盆地荒漠区10cm土壤湿度的影响较其他要素更显著,大型光伏电站使得共和盆地荒漠区10cm平均土壤湿度增加了71.61%。[结论]大型光伏电站使得共和盆地荒漠区的湿度增加;风向变得单一,风速减小;土壤温度降低和土壤湿度增加。     

张集铁路典型工程风力侵蚀试验及规律研究

随着在风力侵蚀区交通工程建设的增多,交通线路风力侵蚀问题日益受到关注。通过选取张集铁路,进行路堤、取土场和便道试验,对其输沙率和风速关系、风沙流结构和风蚀运动规律进行分析。结果表明,路堤边坡不同部位输沙率与风速存在明显的幂函数关系;设计高度为3 m路堤的风蚀现象与风速和风向无明显关系,随着风速增大趋势由迎风坡向背风坡移动,设计高度为6 m和9 m的路堤风蚀现象与坡面高度、风速和风向有较明显规律,但风蚀趋势变化不明显;大于6.7 m/s时,便道和取土场不同部位点均发生风蚀现象。以上研究规律可以为工点防护设计以及环境评价工作提供参考。     

奶牛场恶臭污染物扩散规律研究

以山东省某县中等规模的3个奶牛养殖场为试验场地,以臭气浓度为监测指标,在下风向距恶臭排放源不同距离处设置采样点,对规模化奶牛养殖场恶臭污染物的下风向扩散规律及影响扩散规律的部分气象因素进行了研究,并通过数据回归得出了恶臭污染物水平扩散模型。结果表明,奶牛场恶臭污染物的排放浓度随距离的增加迅速减小,通过线性回归得出下风向同一高度处的臭气浓度与监测点距排放源的距离呈指数函数关系;对于气象条件,在27～37℃,风速小于5.4 m.s-1的范围内,风速、空气温度和空气相对湿度对恶臭污染物扩散规律的影响均显著,其中温度和风速对恶臭污染物扩散规律的影响较空气相对湿度大。     

科尔沁沙地人工杨树（Populus simonii）林生态防风效应研究

通过4～7月对人工杨树林迎风和背风区6倍树高处0.25,0.5,1,2m4个高度风速廓线的观测,定量评价了林地对不同风向及同风向不同风速的生态防护效应,探讨了林地叶面积指数的季节变化对林地生态防风效应的影响。主要结论是:(1)各月可蚀风(风速≥4m/s)的出现频率及风速特征明显不同,4月和5月可蚀风的出现频率及平均风速显著高于6月和7月。(2)各月不同风向的出现频率及风速特征明显不同,4月以SSW、NNW、NW、S、WNW、N和WSW风为主,5月以NW、NNW、W、WSW、WNW和SW风为主,6月以S、SSW、ESE和NNE风为主,7月以SSW、S和SW风为主。(3)杨树林对N、NNE、NE、ENE和NNW风的生态防护效能最好,对NW、E、SW、WSW和W风的防护效能次之,对SE、SSE、S和ESE风的防护效能最差。(4)观测期内林地叶面积指数与0.25,0.5m两个高度的平均风速减弱系数呈显著正相关,其关系可分别用对数和指数函数来描述,而与1,2m两个高度的平均风速减弱系数呈显著非完全正相关,其关系可用三次曲线来描述。     

不同排列形式堆积体风蚀率测算

使用数值模拟方法获得单一、列状和片状分布3种排列形式圆锥状堆积体的表面流场,结合美国环境保护署(EPA)的风蚀测算公式,计算了不同风速条件下堆积体相对于平面风蚀源的风蚀率调整系数。结果表明,堆积体的尺寸、排列形式对风蚀影响显著。单位面积上,高度6m的单一堆积体比高度为1.83m,与风向垂直的列状堆积体风蚀率大10%。单一堆积体表面存在明显的加速区,有6%的面积25cm高度表面风速大于10m高度的来流风速,导致风蚀加剧,计算的4种风速条件下风蚀率是相同占地面积水平风蚀面的2.47～4.75倍;列状分布的风蚀率与风向相关,风向垂直时的风蚀率是平行条件下的1.5～2倍;片状分布的风蚀率为平面风蚀的1.53～2.38倍。在生产工作中,应注意控制堆积体高度,并尽量采取集中放置,可减小风蚀。     

右玉县风蚀规律的研究

作者通过对右玉县风蚀规律的研究，基本摸清了右玉境内的主要风向，风速的变化，集沙的动态，以及在不同高度上风与集沙量的变化规律，集沙量与风速、土壤水分等因子的互相关系。     

防风网防风效能初步研究

应用多通道自记风速风向仪测定防风网后不同平距、高度的风速，经防风效能分析，表明在同一高度防风网防风效能随平距增大递减；同一平距内随高度的增加防风效能递减，平距15H左右防风网失去“防风抑尘”的作用。     

浓缩风能型风力发电机迎风调向系统研究

风力发电机的迎风控制对于保证其正常发电十分重要。浓缩风能型风力发电机具有起动风速低、发电时间长、发电质量好的特点。该机型独特的结构和形体流场决定了必须为其配备一套专用的控制系统来保证其正常运行。根据浓缩风能型风力发电机的形体结构，设计了由直流减速电动机，蜗轮蜗杆减速机等组成的大传动比机械传动机构和基于89C51单片机的闭环控制系统。整个系统可在风向变化超过±15°时自动迎风，风速大于25 m/s时顺桨停机，达到了设计要求。在程序设计中考虑了电缆缠结及解缆，可以使风电场管理人员在较长的时期内不必检查电缆缠结情况，简化了风力发电机的维护。该系统可应用于浓缩风能型风力发电机的中、大型并网发电机组。     

无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3m/s,作业载荷为3.75kg,飞行高度为:9、8、7和6m,测量的风向为:平行于飞行方向(X)、垂直于飞行方向(Y)、垂直于地面方向(Z)。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力(即沿着直升机前进方向的飞机尾风)更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9m,飞行高度为9m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

Wind field measurement for supplementary pollination in hybrid rice breeding using unmanned gasoline engine single-rotor helicopter

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3 m/s,作业载荷为3.75 kg,飞行高度为：9、8、7和6 m,测量的风向为：平行于飞行方向（X）、垂直于飞行方向（Y）、垂直于地面方向（Z）。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力（即沿着直升机前进方向的飞机尾风）更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8 m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9 m,飞行高度为9 m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4 m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7 m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

结皮量与含水率对尾矿风蚀影响的风洞模拟研究

尾矿风蚀是影响周边环境空气质量和人体健康的重要原因。以喀拉通克铜镍矿加乌尔尾矿库尾矿为研究对象,通过风洞实验,在不同风速条件下对不同含水率和结皮量尾矿的风蚀率、输沙结构和输沙率、颗粒碰撞数和能量进行研究。结果表明：尾矿风蚀率、输沙率、颗粒碰撞数和能量随着实验风速的增加而增加,随着尾矿含水率和结皮量的增加而减小。首次出现颗粒碰撞的风速随着尾矿含水率和结皮量的增加而增加。尾矿输沙主要集中在3cm高度内,占总输沙的50%以上。在结皮不被吹破的情况下,结皮的抗风蚀效果要优于含水率,因此,对于不同的风速,达到较好抗风蚀效果所需结皮量不同,10m/s以下风速任何结皮量均能有效降低地表风蚀,12m/s需25g以上结皮量,14m/s需要50g以上结皮量,而尾矿含水率在实验风速下需达到2.72%以上才有较好的抗风蚀效果。     

土壤结皮面积与结皮分布对风蚀影响的风洞模拟研究

土壤结皮在干旱半干旱地区广泛分布,是影响风蚀的重要因素。以准噶尔盆地东部矿区周边表层土壤为对象,通过控制土壤结皮率和结皮分布,利用风洞试验结合土壤风蚀传感器,对不同土壤结皮和风速条件下土壤风蚀量、风沙流结构、土壤颗粒释放的变化特征进行研究。结果表明:(1)风蚀量随风速增加显著上升,随土壤结皮率增加显著下降。均匀分布的结皮风蚀量整体低于集中分布的结皮;(2)跃移高度随风速增加而增加,高度在0~3 cm的收集物占总收集量的80%左右。14 m/s的风速能够使土壤发生跃移,而土壤结皮率达到50%能够有效抑制土壤颗粒跃移现象;(3)颗粒碰撞的数量与能量随风速的增加而增加,随结皮率增加而减少;首次出现颗粒碰撞时的风速随结皮率的增加而增加;颗粒碰撞的数量和能量在风速持续增加的时间段内增加至最大值,在风速稳定后开始下降,120 s左右降低至稳定值,随后不再发生明显起伏,在风速下降时间段内不发生颗粒碰撞。     

干旱区土壤结皮对风蚀影响的风洞模拟研究

土壤结皮在干旱半干旱地区广泛分布,是影响风蚀的重要因素。以准葛尔盆地东部矿区周边表层土壤为对象,通过控制土壤结皮率和结皮分布,利用风洞试验结合土壤风蚀传感器,对不同土壤结皮和风速条件下土壤风蚀量、风沙流结构、土壤颗粒释放的变化特征进行了研究。结果表明：(1)风蚀量随风速增加显著上升,随土壤结皮率增加显著下降。均匀分布的结皮风蚀量整体低于集中分布的结皮；(2)风沙流高度随风速增加而增加,高度在0-3cm的收集物占总的80%左右。14m/s的风速能够使土壤发生跃移,而土壤结皮率达到50%能够有效抑制土壤颗粒跃移现象；(3)颗粒碰撞的数量与能量随风速的增加而增加,随结皮率增加而减少；首次出现颗粒碰撞时的风速随结皮率的增加而增加；颗粒碰撞的数量和能量在风速持续增加的时间段内增加至最大值,在风速稳定后开始下降,120s左右降低至稳定值,随后不再发生明显起伏,在风速下降时间段内不发生颗粒碰撞。     

旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响

为了揭示旷野风速对农田林网内风速分布及防风效能的影响,通过空间多点实地观测,利用传统统计分析、Surfer软件、地统计学等方法对3种风速(5.4,7.2和10.3m/s)条件下的林网内风速分布及防风效能进行了分析。结果表明,3种旷野风速下主林带的背风面均形成一个较大范围的降风区;3种旷野风速下林网平均降低风速效能为26.1,23.3和25.7%,平均有效防护面积比为50.8%,41.7%和47.7%,林网的总体防护效能在风速为5.4m/s时为最大,风速为7.2m/s时为最小;3种不同旷野风速下林网风速空间变异函数均可以较好地拟合为球状模型,3种旷野风速下网格内风速块金值与基台值的比值较小,均小于25%,林网内风速均具有强烈的空间自相关性。旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响比较复杂,并不是单一的随着风速的增大而增大或减小,受林带结构及疏透度的影响较大。     

沙地土壤风蚀动力因子分析

地表粗糙度反映地表对风速减弱的作用以及对风沙流的影响 ,其值大小取决于地形、植被覆盖及作物的播种方向 ,粗糙度越大风蚀强度越小。吉林省西部流动沙丘的起沙风速为 1 0 3m/s,风蚀耕地的起沙风速为 6 3～ 7.9m/s。春季侵蚀性风能为 1 72 1 8(v·u)。该区风蚀性气候因子和侵蚀性风能自东向西递增 ,西北部的通榆为最大