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。     

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.     

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.     

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"。     

沙漠-黄土过渡带风水复合侵蚀营力特征——以靖边县为例

以北京师范大学陕西省靖边县榆林风沙科学野外实验站自动气象站2007-2009年的降雨、风速和风向数据为基础,分析沙漠-黄土过渡带风水复合侵蚀营力的特征。结果表明：① 研究区年内降雨量≥12 mm的降雨事件主要分布在5-9月,月平均降雨侵蚀力8月最大,为318.24 MJ·mm/(hm²·h·a),年平均降雨侵蚀力为510.08 MJ·mm/(hm²·h·a);② 该区西北风占主导地位,东南风次之,累计频率分别为43.8%和16.21%;起沙风主要集中在3-6月,其频率分别为19.34%、12.34%、20.5%、12.39%;③ 研究区年平均输沙势（DP）、合成输沙势（RDP）分别为228.76 VU、41.73 VU,合成输沙方向（RDD）为141.17°,方向变率指数（RDP/DP）为0.2,起沙风变率较大,属于中等风能环境,沙物质向东南偏南方向输移。     

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。     

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。     

塔里木沙漠公路对近地表风沙运动过程的影响

通过对塔克拉玛干沙漠腹地野外试验数据的分析,探讨了塔里木沙漠公路对近地表风沙运动过程的影响.结果表明:①阻沙栅栏和草方格固沙带对近地表气流的速度和风速廓线形成很大影响,风速整体被削弱,而且越接近地表,削弱程度越大,风速廓线的垂直梯度增加;②在防沙体系内,地表输沙率急剧下降,风沙流结构发生很大变化,下层含沙量下降,而上层含沙量相对变化较少,在阻沙栅栏的积沙带和草方格固沙带内上层含沙量趋于均匀分布;(3) 阻沙栅栏和草方格固沙带也影响沙丘的移动.当主导输沙风向与栅栏相交呈小角度时,靠近栅栏的沙丘顺栅栏走向侧向移动相交呈大角度时,移动方向变化不大,草方格固沙带不影响沙丘的移动方向;阻沙栅栏和草方格固沙带能降低沙丘的移动速度,而在固沙带内部,由于沙丘的逆向演变,沙丘体积减小,移动速度较快.     

青海湖湖东沙区风季起沙风况及输沙势特征

风向风速矢量统计、输沙势计算以及风况风能环境分类是研究沙区风沙地貌动力学的重要内容。文中以青海湖湖东沙区为研究对象,使用2006、2009、2012及2015年3、4、5月的逐时风速风向数据,计算起沙风、输沙势的数值及方向,分析评估风季研究区风沙活动特征及风能环境,结果表明：1)青海湖湖东沙区起沙风以西风组为主,东风组几乎没有起沙风。2)青海湖湖东沙区的输沙势以W、WNW、WSW、SW,4个方向为主,各月各方向输沙势值均在16.9VU以下,各月合成输沙势RDP低于30VU,4年风季输沙势值均低于65VU,年输沙势值小于200VU,属于低风能区。3)合成输沙方向RDD全部位于ENE、E、ESE这3个方向上,该沙区属于单峰或者窄双峰风况,潜在输沙方向比较单一。     

铁路高架桥对局地风动力的影响——以敦格铁路沙山沟为例

本文通过野外观测、室内分析计算、CFD数值模拟方法,对敦格铁路沙山沟特大桥东西两侧风动力环境特征进行研究分析。结果表明：（1）沙山沟特大桥东西两侧春夏季起沙风主要以NW和WNW风向为主,秋冬季起沙风向主要以SE、S风为主;沙山沟特大桥西侧全年输沙势为284.19 VU,属于中等风能环境,合成输沙势为27.4 VU,合成输沙风向为124°,方向变率指数为0.10,属于小比率,风向多变。（2）沙山沟特大桥东侧年输沙势为31.24 VU,属于低风能环境,合成输沙势为8.97 VU,合成输沙风向为91°,方向变率指数为0.29,属于中比率;沙山沟特大桥西侧平均风速、起沙风频率、输沙势、合成输沙势较大,应加强高架桥西侧沙害监测与防治;根据高架桥西侧风动力环境特点并结合流动沙丘进行模拟,分析得出桥底架空区域及桥面风速均大于起沙风速,输沙能力较强,不易产生积沙。但随着沙丘的前移,桥底架空区域产生积沙及风沙上轨可能性增大。     

荒漠-绿洲过渡带风况及输沙势分析——以策勒县为例

以中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外观测研究站2005-2006年的气象资料为依据,分析了塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带的风况特征和输沙势变化情况.结果表明:①研究区风向以W风为主,频率占62.43%～76.25%,WNW风次之,频率占17.75%;②该区起沙风主要发生在春夏两季,其频率占全年的11.93%～61.84%,6月出现频率最高,且春夏两季起沙风平均风速较大,最大达7.90 m/s;③在风沙活动期内,研究区风向变率指数(RDP/DP)为0.94,属于单风风况,合成输沙势(RDP)及合成输沙方向(RDD)分别为27.98VU和92.10°(ESE),属于低风能环境.输沙势的季节变化幅度较大,主要集中在春夏两季.     

塔里木盆地西北部3种典型下垫面风沙活动特征

风沙流结构是风沙活动特征和土壤风蚀发生过程研究的核心内容。选取塔里木盆地西北部阿克苏地区棉田、枣园和沙漠-绿洲过渡带3种典型下垫面为研究对象,对比分析3次强风条件下不同耕作方式的农田地表和沙漠-绿洲过渡带的风沙流结构特征。结果表明:沙漠-绿洲过渡带由于近似于天然的流沙面,风沙流结构符合幂函数规律,在0~30 cm高度内的输沙量占到总输沙量的88.3%,这一结果高于在塔克拉玛干沙漠其他地区的观测水平;在农田下垫面条件下,由于受到土壤耕作方式和地表植被的影响,风沙流结构发生了很大变异,在0~2 m高度内不再符合幂函数变化规律;沙漠-绿洲过渡带表现出比农田下垫面更大的风沙流的强度,强度从4.08 g·m-1到187.69 g·m-1;覆膜棉花的种植在一定程度上抑制了农田的土壤风蚀。     

内蒙古阴山北麓荒漠草原风况与输沙势研究——以希拉穆仁草原为例

以内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站2016年-2020年UGT自动风蚀监测系统采集的风速、风向数据为依据,分析了希拉穆仁荒漠草原的起沙风风况和输沙势变化情况.结果表明:1)研究区年平均起沙风速为6.35 m/s,年平均起沙风频率为8.33％,以偏西风(W、WNW、NW)为主风向.2)起沙风平均风速的日内...     

塔里木盆地塔中地区野外微梯度风沙流观测

利用2014年7月至8月塔中地区沙尘与扬沙天气下风沙流运动的实测数据,对0~85 mm高度内风沙流运动进行了研究。结果表明:(1)0~85 mm高度层,输沙率(Q)随风速(v)增大呈幂函数规律增加,R2≥0.975 7,且输沙率主要集中在0~35 mm高度内。(2)总输沙率和撞击颗粒数的最佳拟合函数为线性函数,R2≥0.878 2,相关性较好;塔中地区1 min最小临界起沙风速为4.0 m·s-1。(3)跃移运动集中在10:00—20:00,总输沙率最大值出现在12:00—16:00,17:00以后输沙率明显下降。     

乌兰布和沙漠沿黄段不同治理措施的风沙运移特征及其防护效果

为科学治理黄河乌兰布和沙漠沿岸风沙入黄问题,以该河段沿线流沙为对照,开展了麦草沙障、沙柳沙障、葵花杆沙障和梭梭林为代表的工程与植物固沙实验,对不同治理措施下的风速廓线、粗糙度、风沙流结构、防护效果及其相互关系进行了野外观测与室内分析。结果表明:1)各沙障和梭梭林内风速廓线发生改变,近地表风速显著降低,地表粗糙度和摩阻风速显著增加。2)流沙表面输沙量分布随高度增加呈对数递减,90%集中在0~10cm范围,98%分布在0~30m范围内。3)不同措施的输沙率随风速的增加呈增加趋势,但输沙率仅为流沙的1.07%~38.27%,可很好的控制近地表的流沙活动。4)各类固沙措施的实施效果排序葵花杆沙障>梭梭林>沙柳沙障>麦草沙障,控制流沙效果均达到75%以上,对固定流沙均能起到积极作用。综合考虑固沙效果、成本、运输以及使用寿命等,该地区选择葵花杆沙障和梭梭较为合适。该研究结果可为解决风沙入黄问题、完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

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。     

平行智能风沙防治系统构架与功能——以植物措施为例

风沙活动复杂多变,使得风沙危害治理周期长、难预测、难评估。目前的风沙防治模拟系统主要基于物理建模框架,由于在受控环境中构建,预测结果容易偏离实际系统。本文从风沙运动物理原理着手,结合人工智能技术构建知识和数据共同驱动风沙防治模型。针对系统的复杂性,提出了一种借鉴实际工程与虚拟实验相互学习的基于ACP(人工社会+计算实验+平行执行)平行系统理论的风沙平行防治系统,预测不同风沙防治行为对风沙活动以及防治效果的影响。其中防治行为为植被种植情况,防治效果通过地表荒漠化程度表达。同时对风沙防治效果进行三维可视化展示,为风沙防治工程项目提供实施前、实施期间的决策支持。     

沙质地表与砾质戈壁风沙运动对比研究——以敦煌莫高窟窟顶风沙运动为例

通过野外观测资料分析,阐明在沙质地表下,风速相当时不同风向风沙流的结构不同,即含沙量影响风沙流结构.一般随着含沙量的增大,各层的绝对输沙量相应增加,相对输沙量在下层增加,上层减少.但也有不一致的情况,本次野外观测就出现了下层减少上层增加的情况.戈壁风沙流结构与沙质地表显著不同,其风沙流结构呈独特的"象鼻"效应,即在一定高度有一个最大输沙量,且这个高度随风速的增大而增加.西北风作用下,自鸣沙山至窟顶输沙量逐渐减少.戈壁具有一定的阻沙效应,风速为7.7 m/s时,每100 m阻沙率达10%左右.沙山前沿固沙带对输沙量起着重要作用,有防护措施与无防护设施相比较,西北风的输沙量可减少95%左右.偏东北风在缺少沙源的情况下,主要以输送为主,偏南风实际输沙量明显小于偏西北风,输沙量由沙源地到窟区逐渐减少.     

塔克拉玛干沙漠大气降尘粒度特征——以塔里木沙漠公路沿线为例

选择塔里木沙漠公路沿线典型下垫面,通过连续野外定点观测、室内粒度分析等手段,研究塔克拉玛干沙漠腹地与复合纵向沙垄区不同地貌部位近地表大气降尘的粒度特征及其空间分异规律.结果发现:沙漠公路沿线大气降尘的平均粒径在3.28Φ～3.47Φ之间,以细砂、极细砂为主,粒径分布呈双峰态,表明降尘来源的多样性.沿线不同下垫面降尘中粒径＜50μm的细粒物质组成差异明显,位于沙漠北部和中部开阔的垄间区是沙尘的潜在源地.复合纵向沙垄区不同地貌部位的降尘细粒物质组成(粒径＜50μm)差异明显,垄间区降尘中的细粒物质含量最高.非尘暴降尘较之尘暴降尘偏细,粉砂和黏土含量更多,分选性更差.大气沉降颗粒的粒度分形维数可以从整体上反映出颗粒物的粒度分布和级配特征,是描述大气沉降颗粒物粒度特征的重要指标.