塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带风沙流结构特征分析

利用多种集沙仪,通过野外实时输沙观测,对塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带的地表风沙流特征进行了分析,结果表明：① 100 cm高度范围内,总输沙量的47.3%分布在30 cm高度内,这一比例小于前人的研究结果;输沙量随高度的变化比较符合幂函数分布。② 风沙流输沙的粒径以细砂、极细砂与粉砂为主,各高度层所占比例均达99%以上;风沙流输沙平均粒径随高度增加而减小,沙尘的含量随高度增加呈现“象鼻”状分布。③ 风沙流中贴地层风速廓线受风沙相互作用的影响,不再符合对数分布,更加符合幂函数u=az^b分布。     

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。     

呼伦贝尔沙质草原风蚀坑地表风沙流结构特征

在呼伦贝尔沙质草原北部沙带中段风蚀坑集中分布区内,选取不同发育阶段的风蚀坑,通过同步观测风蚀坑地表(0～200 cm)风速及输沙通量,分析并比较风沙流结构特征,为呼伦贝尔沙质草原风蚀坑治理提供理论依据。研究表明:在裸地沙斑、活跃发展、固定阶段及重新活化阶段的风蚀坑,风速廓线基本遵循对数分布规律;而在未风蚀草地、消亡阶段的风蚀坑,气流受下垫面扰动,呈"S"形分布。风蚀坑各发育阶段输沙量与高度的最优拟合模型为负指数模型,不同发育阶段风蚀坑内部风沙流输沙量差异较为明显;超过95%的输沙量均在地表0～30 cm高度内,且63. 97%～90. 96%的输沙量集中分布在距地表10 cm高度内。风沙流跃移高度与风速正相关,依次为:活跃发展重新活化裸地沙斑固定阶段消亡阶段未风蚀草地。通过分析风沙流通量系数,可知在裸地沙斑、活跃发展及重新活化阶段,输沙量有向高层移动的趋势;而在其他阶段,由于植被盖度较高,使得风沙流多集中在近地层。     

新疆策勒河下游塔克拉玛干沙漠南缘风沙活动特征

通过对策勒风沙前沿风况及输沙数据统计分析,采用回归分析方法,初步揭示了其风沙活动特征。结果表明:单方位0-100cm高度集沙仪每层高度输沙量随高度变化服从指数或幂函数关系,0-10cm和0-20cm高度范围累积输沙量分别占总输沙量的12.43-42.88%和23.43-64.16%。全方位跃移输沙量主要集中在WNW、W、SW、WSW、NW方位上,每个观测阶段的输沙势与BSNE水平输沙通量呈多项式函数关系,相关性极好,输沙势大小与40cm高全方位跃移总输沙量呈线性正相关关系。单方位集沙仪在0-100cm高度累积输沙量与输沙势大小呈明显的指数函数关系。通过塔克拉玛干沙漠南缘风沙前沿风况大小可以预测BSNE输沙通量和近地表全方位跃移总输沙量,对于防沙工程的设计具有重要的理论意义。     

策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿近地面不同方向的输沙特征

利用策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿输沙资料及风速风向资料,分析这一区域近地面输沙的方向分布特征。结果表明：① 风沙前沿起沙风风向以W、WNW为主,风向变化比较单一;② 观测点输沙量集中于NW、WNW、W、SW、WSW 5个方位,合计占总输沙量的68.3%;0～40 cm高度年输沙量为96.0 kg,年合成输沙量为45.9 kg,合成输沙方向为102.5°;③ 观测点年输沙势为43.2 VU,年合成输沙势为31.04 VU,输沙势的方向分布与实测输沙量存在较大差异。     

保护性耕作农田风沙流空间分布规律研究

为了解保护性耕作农田风沙流的空间分布规律,对保护性耕作农田进行了野外风洞原位风蚀测试.结果表明:保护性耕作农田在不同风速下各高度的风沙流水平分布符合三次多项式规律,经过27行残茬、5.5 m的水平距离风沙流基本达到了平衡稳定状态;在垂直方向上风沙流分布符合高阶多项式规律,具有与砾石戈壁地表输沙量垂直分布极为相似的"象鼻"效应.试验还发现保护性耕作农田风沙流主要活动在近地表40 cm高度以下范围,占到风蚀物总质量的90%左右.     

巴丹吉林沙漠拐子湖地区贴地层风速廓线和风沙流结构特征

野外监测试验表明：自由风和风沙流廓线拟合虽都以Z=A·exp(-X/T)+Z₁形式分布,但在风沙流中拟合系数更高;风沙流结构中,在20 cm以下随着高度的增加,各高度的输沙率百分比、含沙浓度、运动颗粒能量都呈增大趋势;20 cm以上随高度增加,各高度输沙率百分比变小,输沙率占总输沙率的51%左右,含沙量主要集中在离地面20 cm以内;风沙流在垂直方向上,高度与含沙平均粒径呈负相关,风速与含沙平均粒径变化呈正相关。这些结论对拐子湖地区防风治沙有重要的指导意义。     

毛乌素沙地风沙流结构的研究

运用曲线拟合、拟合方程等方法,对毛乌素沙地南缘流动沙丘0～30cm垂直高度范围内的风沙流结构进行了分析研究。结果表明:在0～30cm高度,输沙率均与风速成正比,与高度成反比,幂函数拟合关系最佳。其中,各高度层输沙率随风速的变化分别呈幂函数或指数函数关系,同风速下输沙率随着高度的增加而减小,呈幂函数或指数函数关系;随着风速和气流中总输沙率的增加,0～30cm高度范围内的绝对输沙率增加,相对输沙率(%)的变化为下层趋于减少,中层略变,上层增加,风沙流结构的特征值λ增大;风沙流中沙粒粒度沿垂向变化为细沙增加,中沙减少,沙粒平均粒径变细。     

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。     

沙区光伏设施干扰下近地表输沙通量分析

为了揭示沙区建设光伏电站后沙尘运移特征和形态发育及演变过程,本文定量分析了主要风向(光伏板面向正南,风向为W,即光伏设施排布方向与风向夹角为0°)条件下,库布齐沙漠200 MWp光伏电站腹地区域光伏板不同位置输沙特征、地表风蚀状况和流场分布规律。结果显示:①光伏板不同部位输沙率随风速的增大而增加,不同风速下平均输沙率板间(1. 17 g·cm~(-2)·min~(-1))板后(0. 86 g·cm~(-2)·min~(-1))板前(0. 65 g·cm~(-2)·min~(-1))。0～30 cm垂直断面上,不同部位90%以上输沙率集中分布在0～8 cm高度范围内,95%以上输沙率集中分布在0～11 cm高度范围内,挟沙气流中输沙率随高度的分布均符合指数规律递减(R~2≥0. 98)。②沙粒平均跃移高度表现为板前板后板间,且与风速正相关。风沙流通量系数分析表明,板间和板后风沙流集中在近地层,而板前风沙流有向高层移动的趋势。③光伏板不同位置摩阻风速表现为板前(0. 562 0～0. 596 0 m·s~(-1))板后(0. 331 2～0. 436 0 m·s~(-1))板间(0. 325 2～0. 363 2 m·s~(-1))。而且板前干沙层厚度显著高于其他位置,土壤可蚀性增加,综合作用下导致板前发生强烈掏蚀现象,观测期风蚀深度可达12. 44 cm。研究可为沙漠地区光伏电站内风沙危害的科学防治提供理论支撑。     

策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿近地表沙尘水平通量观测

沙漠地区近地表水平输送的沙尘物质通量及其随高度的变化是沙尘输送过程的重要表现特征。在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿平坦沙地的风沙观测场,利用BSNE集沙仪对近地表（2 m）不同高度沙尘物质的水平输送进行了观测,对其随高度变化特征进行了分析,并对近地表水平运动的沙尘通量进行了计算。结果表明：观测点沙尘物质的水平通量随高度的增加而减小,与高度的关系可用幂函数和指数函数表示;55%～58%的沙尘量在地表0.5 m高度以内传输;73%～75%在地表1 m高度以内传输;87%～89%在地表1.5 m高度以内传输;2010年5月25日至2011年5月24日,通过0～2 m高度的单宽总输沙量为1 846.7 kg•m^-1;其中PM80、PM50的输送量分别为1 192.0 kg•m^-1、387.9 kg•m^-1。     

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。     

沙漠地区不同下垫面近地表沙尘水平通量研究

沙漠地区近地表水平输送的沙尘物质通量及其随高度的变化特征直接影响着沙尘的输送过程。选择塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的典型沙丘、平沙地为观测点,利用BSNE集沙仪,对2008-2009年11次典型沙尘天气过程中近地表0～200 cm不同高度层沙尘物质的水平输送进行了测量,对其随高度变化特征进行分析,计算近地表水平运动的总沙尘通量。结果表明：近地表0～200 cm范围内,在沙丘顶部和平沙地沙尘水平通量均随高度呈显著降低趋势,在这2种下垫面条件下,沙尘水平通量随高度的变化均较好地符合幂函数关系;在沙丘顶部,通过100 cm（宽度）×200 cm（高度）空间断面的总沙尘水平通量为3 721.0 kg,平沙地通过相同大小断面的沙尘水平通量为2 252.9 kg,比沙丘顶部减少了39.5%;沙丘顶部与平沙地PM80的总水平通量分别为996.8 kg和678.9 kg。     

挡雪墙阻雪效果风洞模拟试验研究

挡雪墙是公路风吹雪雪害防治中常用的一项技术,但其设置参数一直缺乏系统研究。基于风洞模拟试验,利用积雪堆积厚度等值线和积雪堆积剖面线分析,对与主害风垂直时两种高度(1.5m/2.0m)的不透风式挡雪墙积雪形态及积雪量进行研究,结果表明:在吹雪30s条件下,不透风式1.5m/2.0m挡雪墙迎风侧积雪量明显大于背风侧,且挡雪墙越高,其挡雪功能越好。两种高度的挡雪墙在其迎风侧积雪堆积厚度(D)与挡雪墙墙高(H)为3阶多项式函数关系,且堆积曲线趋势基本一致;而背风侧则为2阶多项式函数关系,1.5m高挡雪墙在其迎风侧和背风侧风雪流堆积厚度相对较小且趋势线较平缓。综合分析表明,2.0m的挡雪墙其阻雪效果优于1.5m。     

Effect of the W-beam central guardrails on wind-blown sand deposition on desert expressways in sandy regions

Many desert expressways are affected by the deposition of the wind-blown sand,which might block the movement of vehicles or cause accidents.W-beam central guardrails,which are used to improve the safety of desert expressways,are thought to influence the deposition of the wind-blown sand,but this has yet not to be studied adequately.To address this issue,we conducted a wind tunnel test to simulate and explore how the W-beam central guardrails affect the airflow,the wind-blown sand flux and the deposition of the wind-blown sand on desert expressways in sandy regions.The subgrade model is 3.5 cm high and 80.0 cm wide,with a bank slope ratio of 1:3.The W-beam central guardrails model is 3.7 cm high,which included a 1.4-cm-high W-beam and a 2.3-cm-high stand column.The wind velocity was measured by using pitot-static tubes placed at nine different heights(1,2,3,5,7,10,15,30 and 50 cm)above the floor of the chamber.The vertical distribution of the wind-blown sand flux in the wind tunnel was measured by using the sand sampler,which was sectioned into 20 intervals.In addition,we measured the wind-blown sand flux in the field at K50 of the Bachu-Shache desert expressway in the Taklimakan Desert on 11 May 2016,by using a customized 78-cm-high gradient sand sampler for the sand flux structure test.Obstruction by the subgrade leads to the formation of two weak wind zones located at the foot of the windward slope and at the leeward slope of the subgrade,and the wind velocity on the leeward side weakens significantly.The W-beam central guardrails decrease the leeward wind velocity,whereas the velocity increases through the bottom gaps and over the top of the W-beam central guardrails.The vertical distribution of the wind-blown sand flux measured by wind tunnel follows neither a power-law nor an exponential function when affected by either the subgrade or the W-beam central guardrails.At 0.0H and 0.5H(where H=3.5 cm,which is the height of the subgrade),the sand transport is less at the 3 cm height from the subgrade surface than at the 1 and 5 cm heights as a result of obstruction by the W-beam central guardrails,and the maximum sand transportation occurs at the 5 cm height affected by the subgrade surface.The average saltation height in the presence of the W-beam central guardrails is greater than the subgrade height.The field test shows that the sand deposits on the overtaking lane leeward of the W-beam central guardrails and that the thickness of the deposited sand is determined by the difference in the sand mass transported between the inlet and outlet points,which is consistent with the position of the minimum wind velocity in the wind tunnel test.The results of this study could help us to understand the hazards of the wind-blown sand onto subgrade with the W-beam central guardrails.     

锡林浩特市城市风景林生态效益研究

锡林浩特市位于中国正北方,内蒙古自治区中部。锡林浩特市城市风景林带是锡林浩特市生态环境建设的一个有机组成部分,同时也是区域生态环境建设的一个重要屏障。作为城市风景林带,其所具有的防风功能的大小,是建设城市风景林的一个重要指标。通过测定证明,不同风景林带对不同高度层的风速降低作用差异很大。灌木林带(大白柠条和山杏)主要以降低近地层风速(100cm以下)为主,对高层风速影响相对较小;而乔木林带(银中杨和沙地榆)则以降低高层风速为主(100cm以上)。不同林带类型降低沙粒沉积数量的作用效果明显,当风速为7.0m/s时,裸地1分钟内沙粒沉积重量为9.89g,而银中杨林带相同时间沉积的沙粒重量仅为1.40g,沙地榆林带1分钟内沙粒沉积的重量为4.47g,大白柠条林带相同时间沙粒沉积的重量为1.07g,是四种林带中沉积沙粒重量最少的类型,山杏1分钟内沙粒沉积的重量为1.25g。     

不同覆盖方式对旱地马铃薯产量和水分利用效率的影响

为研究秸秆和地膜覆盖栽培对马铃薯产量和水分利用效率的影响,旨在筛选出陕北黄土丘陵旱作区的最佳覆盖方式。通过2年(2012—2013)的田间定位试验,采用垄膜覆盖(LM)、双沟覆膜(GM)、全膜覆盖(QM)、秸秆覆盖(JG)和露地(CK)5种覆盖栽培方式,分析马铃薯生长、产量、土壤温度、土壤含水量变化。结果表明:(1)JG处理的马铃薯植株生长发育状况,其株高、SPAD值均优于其它处理,表现为株高JGCKGMLMQM,茎粗LMGMCKJGQM,SPAD值JGLMGMCKQM。(2)在整个生育期,地温均值表现为JGCKLMGMQM,JG、LM、GM及QM分别较CK提高-0.18℃、0.76℃、1.21℃及1.65℃。(3)全生育期,不同覆盖有增加土壤含水量的作用,均值表现为JGQMGMLMCK,JG、LM、GM及QM分别较CK提高17.18%、11.92%、5.65%和16.93%。(4)JG、QM、LM及GM分别比露地栽培平均增产19.75%、8.95%、7.00%及-0.25%,水分利用效率提高16.4%、7.4%、9.15%及1.65%。秸秆覆盖栽培方式是陕北旱作区马铃薯抗旱栽培推荐的栽培方式。     

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。     

转AtNHX1基因马铃薯田间盐胁迫下的生理反应及耐盐性的综合评价

以转AtNHX1基因的8个马铃薯株系(1、2、4、6、8、15、18、19)和未转基因的"甘农薯2号"(CK)为材料,在正常地以及全盐含量分别为0.56%、0.29%的高盐和中盐地上种植,分析其生长和生理指标的变化,通过隶属函数法、相关分析和聚类分析等方法综合评价耐盐性。结果表明:随着盐浓度的增加,转基因株系的株高、叶面积扩展率、单株产量、叶绿素的含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及脯氨酸含量的上升幅度均高于对照植株(为对照的1.17~3.96倍)。而丙二醛(MDA)、相对电导率显著低于对照植株,为对照的63.07%~78.4%和82.7%~86.35%。根据生长和生理指标综合评价各株系的耐盐性,筛选出1个强耐盐株系和3个较强耐盐株系,各株系耐盐性由强至弱为:19158418216CK,AtNHX1的导入显著提高了大田马铃薯植株的耐盐性,利用耐盐性综合评价方法有助于耐盐株系的筛选。