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。     

策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面的输沙通量及粒度差异特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要保护作用。在策勒4个不同下垫面风动力条件研究基础上,结合地表和BSNE积沙仪沙样粒度进行分析,探讨不同下垫面水平输沙通量差异及沙物质粒度特征及形成原因。结果表明:平均风速及地表输沙率从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地、进入绿洲后大幅度减少。沿主风向随着与流沙前沿距离的增加和搬运高度的增加,地表裸平沙地和输沙沙粒平均粒径都有变细的趋势,流沙前沿和绿洲边缘地表沙粒平均粒径相差30μm,BSNE跃移输沙沙粒粒级分布范围比过渡带平沙地地表沙粒粒级分布范围较窄。     

老哈河下游背风侧谷坡的风速脉动特征

基于老哈河下游春季起沙风地面4.00m高度范围内实地观测的风速数据,从风速脉动、风速脉动强度两个方面对背风侧谷坡顶和坡脚的风速脉动特征进行分析.结果表明:①坡顶除在0.25 m高度受地表植被和沙粒的跃移运动影响外,风速脉动值和强度都随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大脉动值超过4.00 m·s-1,风速脉动相对值(阵性度)基本稳定;②背风坡脚因谷坡地形突变产生的“二次流”,使风速脉动值和相对值都不稳定,脉动强度随着距地表高度的增加而逐渐加大,其最大脉动值超过3.00 m·s-1;③背风坡顶和坡脚各自高度的风速脉动频率具有一致性,但脉动频率不稳定,无明显周期性.坡顶的风速脉动值和强度都大于背风坡脚,但风速脉动相对值小于背风坡脚.     

新疆策勒绿洲-沙漠过渡带风、温、湿相关性分析

为研究绿洲与沙漠间水、气、热量运移规律,运用统计法、相关分析法等,选取策勒绿洲-沙漠过渡带4个不同下垫面风速(V)、气温(T)、大气相对湿度(RH)、光合有效辐射(PAR)、太阳辐射(SR)等气象要素进行相关性分析。结果表明:一天当中,起沙风发生在14:00—16:00的频率最大,且从早到晚呈现先上升再下降的趋势,与气温的日变化趋势基本一致。一年中,流沙地月平均风速与月平均气温的变化同步。从流沙地到绿洲内部,月平均风速的变化趋势明显减弱,气温的减弱趋势较小,大气相对湿度有一定增加的趋势。流沙地的月平均风速、温度呈较好的正相关性,一天中0.5 m与2 m高度之间气温、湿度差的负相关性较好。在6种天气类型中,4个下垫面每2个气象要素之间都在0.01水平上呈显著相关,阴雨天不同高度的风速与部分气象要素之间相关性不显著,流沙地在扬沙天气下、半固定沙地在浮沉天气下、固定沙地在阴雨天天气下,0.5 m高度的风速和PAR、SR均不呈显著相关性。     

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。     

新疆策勒不同下垫面大气降尘时空分布特征

认识大气降尘的时空分布规律对研究大气污染、植物生长及当地居民的健康具有重要意义。通过对野外降尘量和平均风速的观测,运用实验分析、统计分析等方法对策勒县域流沙前缘、新开垦地、固定沙地、绿洲内部不同下垫面的降尘进行研究。结果表明:策勒县的降尘主要出现在春夏两季,最大降尘量为2 985.587 g·m-2,位于新开垦流沙地,最小降尘量为1 077.621 g·m-2,位于绿洲内部,且新开垦流沙地降尘量约为绿洲内部的2.77倍;降尘量随着平均风速的增大而减小,并随着静风时间的增长先增大后减少。降尘物质组成成分含量从大到小依次为:极粗粉砂、粗粉砂、极细砂、中粉砂、细粉砂、极细粉砂、细砂、黏土;除了草原站的分选性较差以外,其余几个观测点降尘物的分选性属于中等分选性;流沙地、新开垦未种植流沙地、固定沙地、热瓦克、绿洲内部和大县城降尘物质偏度和峰态都呈负(细)偏、中等峰态,草原站呈负(细)偏、窄峰态,表明植被的覆盖度和高度及农田绿洲化程度会对大气降尘产生重要影响。     

格状沙障内风速波动特征初步研究

通过对不同孔隙度格状沙障内风沙流中风速波动特征研究发现:风沙流中各高度层风速波动具有很好的相关性,其波动幅度随孔隙度的增加而减小;瞬时风速在时间序列上波动的均一性随不同高度间距离增加呈递减趋势;瞬时风速的波动性一方面受下垫面性质及外在环境条件的影响,另一方面与其所在高度层沙粒数量和运动状态有关.     

新疆和田吉亚乡新开垦地防护林小气候空间差异北大核心CSCD

2011年6月13日至8月3日通过对吉亚乡新开垦地防护林内外4种立地类型下的风速、温度、大气相对湿度（RH）、太阳辐射能和光合有效辐射（PAR）的日变化差异分析,比较了晴天和扬沙天气对4个下垫面不同气象要素的影响差异,运用野外观测、相关统计等方法,对其小气候要素空间差异进行了对比分析。结果表明：与流沙地相比,杨树林、沙拐枣林和柽柳林内1 m高处的日平均风速减小了76.43%、95.85%和78.74%;在0.5 m高处,分别下降了78.07%、97.80%和93.82%。新疆杨、沙拐枣和柽柳防护林植被覆盖度分别为12%、80%和40%,说明植被的覆盖率越高,防风阻沙效益越好,越接近地表,风速越小。与流沙地相比较,杨树林、沙拐枣林和柽柳林内的气温分别下降了0.93℃、1.31℃和0.82℃,RH分别增加了18.96%、23.34%和14.78%,说明夏季植被具有降温增湿作用。太阳辐射能和光合有效辐射的变化趋势大致相同,日平均太阳辐射能在流沙地表现为最大,日平均PAR值在沙拐枣林内表现为最大,在杨树林中的值都表现为最小。晴天和扬沙天气下的气温趋势大致相同。晴天上午大气相对湿度变化大,扬沙天气下从日出开始,大气相对湿度逐渐减小。在夏季,对防护林的树种、高度、植物的盖度、疏透度和防护林前后观测距离不同,均会引起新开垦地防护林小气候的空间差异。     

新疆和田吉亚乡新开垦地防护林小气候空间差异

2011年6月13日至8月3日通过对吉亚乡新开垦地防护林内外4种立地类型下的风速、温度、大气相对湿度(RH)、太阳辐射能和光合有效辐射(PAR)的日变化差异分析,比较了晴天和扬沙天气对4个下垫面不同气象要素的影响差异,运用野外观测、相关统计等方法,对其小气候要素空间差异进行了对比分析。结果表明:与流沙地相比,杨树林、沙拐枣林和柽柳林内1 m高处的日平均风速减小了76.43%、95.85%和78.74%;在0.5 m高处,分别下降了78.07%、97.80%和93.82%。新疆杨、沙拐枣和柽柳防护林植被覆盖度分别为12%、80%和40%,说明植被的覆盖率越高,防风阻沙效益越好,越接近地表,风速越小。与流沙地相比较,杨树林、沙拐枣林和柽柳林内的气温分别下降了0.93℃、1.31℃和0.82℃,RH分别增加了18.96%、23.34%和14.78%,说明夏季植被具有降温增湿作用。太阳辐射能和光合有效辐射的变化趋势大致相同,日平均太阳辐射能在流沙地表现为最大,日平均PAR值在沙拐枣林内表现为最大,在杨树林中的值都表现为最小。晴天和扬沙天气下的气温趋势大致相同。晴天上午大气相对湿度变化大,扬沙天气下从日出开始,大气相对湿度逐渐减小。在夏季,对防护林的树种、高度、植物的盖度、疏透度和防护林前后观测距离不同,均会引起新开垦地防护林小气候的空间差异。     

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。     

乌峭岭地区风速数据分析及风能密度计算

本文通过分析认为解决我国能源短缺问题的出路在于大量使用可再生能源—风能或太阳能。多年的气象资料显示我国甘肃省内的乌峭岭地区的风力资源相当丰富。基于对该地区近15年的日平均风速的统计分析,计算了各月的风能密度,说明该地区是未来风场建设的理想地区。另外,基于实测数据计算出了两种风速分布密度函数的特征参数,用两种分布密度函数—Weibull和Rayleigh函数预测了各月的风能密度,并与实测值进行了对比及相关性分析,结果说明Weibull函数比Rayleigh函数更准确。     

基于器测能见度的沙尘暴分析

本文通过分析塔克拉玛干沙漠腹地能见度仪、自动气象站观测沙尘暴的资料,得到:(1)在沙尘暴过程中,器测能见度越小,持续时间越短,随着器测能见度增大,持续时间呈波动增长,持续时间最长的等级是800m,时间为419min。(2)在沙尘暴过程中,器测能见度200m,500m是两个明显的分界点,在分界线左右的能见度持续时间变化较大,最大相差20倍,在<200m,200-500m,500-1000m三段范围内器测能见度持续时间变化不大,最大相差0.8倍,(3)沙尘暴过程中,平均风速的变化趋势是随着器测能见度增大而减小,平均风速最大值出现在能见度400m处,最小值出现在能见度接近1000m处,平均风速11.9m/s,最大风速21.1m/s。器测能见度从400m变化到500m风速有较大减小。气压和相对湿度以器测能见度500m为界,能见度<500m,数值较大,能见度>500m数值较小。(4)根据器测各能见度持续时间、气象要素变化和统计检验,沙尘暴中,在器测能见度500m处各气象要素变化很大,这对沙尘暴分级有积极意义。(5)器测能见度与人工观测值有较大差距,但它们之间有较好相关性,其相关系数是R=0.7993,通过了t检验(α=0.01)。它们之间拟合方程是y=5.746X0.8523。     

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。     

1971-2010年东北三省平均地面风速变化

利用1971-2010年逐月观测资料,分析东北三省年、季节和月平均地面风速变化的时空特征。结果表明：① 东北三省年平均地面风速变化呈显著递减趋势,变化速率为-0.23 m·s^-1·(10 a）^-1,1971-2000年（前30 a）、1981-2010年（近30 a）和1991-2010年（近20 a）平均地面风速变化均呈显著递减趋势,线性变化速率分别达-0.25 m·s^-1·（10 a）^-1、-0.20 m·s^-1_·（10 a）^-1和-0.17 m·s^-1_`（10 a）^-1,均通过了0.001显著性检验;② 近40 a东北三省各季和逐月平均地面风速变化趋势呈显著递减趋势,均通过了0.001显著性检验;春季递减速率最大,冬、秋季次之,夏季最小;③ 近40 a东北三省地面年平均风速的趋势变化除个别站点外,其他均呈现出比较一致的显著递减趋势,但最近20 a呈显著递减趋势的站点数在减少,递增趋势的站点数增多。     

近30 a新疆达坂城风区大风特征及其变化规律

利用新疆达坂城风区1981-2010年的逐月大风日数、平均风速、风向等资料,运用线性回归分析其大风年、季、月的时间变化特征及趋势,同时利用Mann Kendall突变检验及小波分析法,对大风进行突变和周期特征分析。结果表明：近30 a来,大风日数呈显著的减少趋势,倾向率为-31.3 d·（10a）-1,其中夏季减少速度最快;平均风速减小倾向率为-0.55 m·s-1·（10a）-1,2002年后风速开始明显减小,秋季平均风速减小趋势最为显著;风区主导风向为偏西风（WNW、W）和东南风（SE、SSE）,随时间的变化,由春季的偏西风转为冬季的东南风;大风日数、平均风速分别在1997年和2001年出现突变性减少（减小）,在不同时段内均存在多个振荡周期,但4 a左右的高频振荡周期一致性较好。     

渭河流域近52年日照时数和风速时空变化特征

利用渭河流域1959—2010年23个气象站的风速和日照时数观测数据,通过线性拟合、Mann-Kendall突变检验等方法分析了该地区近52 a日照时数和风速的年、季、月的时空变化以及突变特征。结果表明:近52 a来渭河流域大部分地区日照时数表现为减少趋势,平均每10 a减少10.13 h,1973年前后发生突变;空间分布上以关中平原减少最为突出,季节上以夏季和冬季的减少趋势最显著;流域年平均风速也呈明显减少趋势,平均每10 a减少0.05 m/s,1981年左右发生突变,4个季节的风速变化都是以关中平原和黄土高原丘陵沟壑区减少趋势最为显著;风速的年内变化表现为偏双峰型,4月最大,形成年内的第一峰值,最低值出现在每年的10月,第二峰值出现在每年的11月。     

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。