草地近地表风速脉动及其与平均风速、摩阻风速的关系

[目的] 研究草地近地表脉动风速与平均风速、摩阻风速之间的关系,揭示草地风速脉动规律。[方法] 利用三维超声风速仪对天然草地近地表风速进行连续观测。[结果] 草地近地表风速存在明显的脉动特性,脉动强度与平均风速之间呈显著线性正相关。湍流度在较小风速下分布非常分散,随平均风速的增大而趋于集中,在2~14 m/s风速范围内概率分布峰值对应的湍流度为0.23。摩阻风速与瞬时风速之间缺乏相关性;1 s时距下摩阻风速与平均风速呈显著线性正相关,但风速脉动导致摩阻风速计算结果波动仍非常明显;1 min时距下摩阻风速波动范围降低至10%以下,摩阻风速与平均风速线性相关性极为显著。[结论] 风速脉动对摩阻风速的计算有很大影响,采用1 s或1 min时距的平均风速,可有效降低这一影响。     

三种典型地表风速廓线的试验研究

针对北方土壤风蚀问题,用RMTO型多通道无线风速廓线仪对内蒙古四子王旗3种典型地表——天然草地、灌草带状修复草地和传统秋翻耕农田的近地表风速廓线进行研究,定量分析了3种不同地表的空气动力学粗糙度及其抗风蚀能力。结果表明:不同地表的近地表风速廓线形态不一,风速都随测点高度的增加而增大,符合指数分布规律;粗糙度越大的地表其表面抗风蚀能力越强;灌草带状修复草地的粗糙度分别是天然草地和传统秋翻耕农田粗糙度的2.1和5.0倍。     

塔里木盆地西南缘不同下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度

[目的]分析各下垫面摩阻风速和地表空气动力学粗糙度变化特征,揭示不同下垫面的风蚀潜力大小。[方法]通过2010—2012年野外气象观测,尝试计算由流动沙漠到绿洲4个连续下垫面的摩阻风速和空气动力学粗糙度的变化并分析其变化原因,评价摩阻风速和空气动力学粗糙度其对风蚀敏感性的影响。[结果]流动沙地和半流动沙地摩阻风速(u*)和空气动力学粗糙度(z0)的年内变化不明显,固定沙地和绿洲的摩阻风速和空气动力学粗糙度年内变化呈现单调递增变化规律。摩阻风速在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.33,0.44,0.61,和0.81m/s。空气动力学粗糙度在流动沙地、半流动沙地、固定沙地和绿洲4个下垫面分别为0.39,13.58,39.51和310.8mm。[结论]流动沙地风蚀发生的潜力最大而绿洲风蚀发生的潜力最小。     

锡林河流域不同利用方式草地风速廓线及地表粗糙度特征分析

以锡林河流域典型草原上天然草地、围封草地和人为干扰草地3种不同利用方式的草地为研究对象,通过对区域风速廓线与地表粗糙度的测定,研究了不同利用方式草地的防风效能。试验结果表明,流域内3种不同土地利用方式的草地近地表风速总体呈现随测量点距离地表的高度增加而增加的规律,风速廓线符合指数规律和实际情况,但不同土地利用方式草地之间存在差别;围封草地地表粗糙度最大,人为干扰草地的地表粗糙度最小,表明在天然草地、围封草地和人为干扰草地中,围封草地的防风效能最好。     

植被对土训风蚀影响作用的实验研究

以风洞实验研究了通过干扰气流而影响土壤风蚀的植物之影响作用，在研究中，将植被的影响作用社为基本身特征参数的函数，全部研究分为两个部分，首先探讨了植物植特征对粗糙度或零风速平面高度的影响，其次研究了植被覆盖度对土训风蚀率的影响，得出如下结构，（1）位移高度与植被覆盖度之间存在的幂函数关系，（2）位移高度与植被作用区面积这间的关系为线性函数关系，（3）对于行状排列的植物而言，位移高度与植物列方向和风向之夹角的平方根成正比，（4）在覆盖度相同的条件下，均匀散布的植物对土壤风蚀的减弱作用较族状大，（5）土壤风蚀率随植被覆盖度的减少呈指数增加。     

戈壁风沙流结构和风速廓线特征研究

通过对戈壁地表风沙流特性的风洞模拟实验,旨在探讨戈壁地表性质是如何影响气流的紊动性,并对风沙流的结构和风沙活动层内的风速廓线产生影响,从而对野外风沙工程的设计提供理论依据。实验发现:在戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞,浓度分布不再简单的服从对数关系递减,其极值出现的高度随风速的增加而上移,呈现"象鼻效应";不同风速下风沙活动层内同一高度含沙颗粒浓度之间存在很好的相关性。     

毛乌素沙地不同防风材料降低风速效应的比较

在干旱半干旱区植被生态建设过程中 ,需要进行决策并经常引起争论的问题是 ,应该选择哪种类型植被 ,才能获得最大的防风效应。为比较不同防风材料降低风速效应的差异 ,在春季大风天气 ,选取毛乌素沙地 5种常见的灌草乔植物和 2种常见的人工防风材料栅格沙障和栅栏 ,进行防风性能野外实地观测。分析结果表明 ,几种防风材料降低风速性能从大到小的次序为 :沙蒿 >芨芨草 >杨柴和牛心朴子 >沙障 >栅栏 >旱柳 ,沙蒿性能最好 ,降低风速比率达到 0 .49,旱柳性能最差 ,近似为 0 ;就乔、灌、草植被类型而言 ,防风效应的一般次序为 :灌木 >草本 >乔木。据此认为 ,干旱半干旱区植被生态建设中 ,坚持以灌木和草本植物为主的原则 ,才能提高有效水资源的利用效率 ,取得较好的环保效益。     

青海湖沙地人工治理沙丘的风速廓线变化特征

对青海湖湖东沙地麦草方格沙障结合沙棘实生苗的人工治理沙丘进行风速廓线及其风沙防护效益研究,结果表明,人工治理措施明显降低了沙丘各部位的近地层风速,增强了高层风速。与流动沙丘相比,垂向风速增加率的差异使人工治理沙丘不同部位的超越高度值出现“坡脚 > 坡中 > 丘顶”的规律。风速垂向气流的变异导致不同高度层的防风固沙效果不同,低层风沙防护效益显著高于中、高层。同时结合坡度,植被盖度等因子,分析了影响风速廓线的变化原因,从而为青海湖沙地人工治理效果进行评估与初步指导。     

雨滴击溅对薄层水流水力摩阻系数的影响

采用模拟降雨的试验方法，在分析计算有无雨滴击溅作用坡面薄层水流水力摩阻系数的基础上，进一步分析了雨滴击溅作用对薄层水流水力摩阻系数的影响。结果表明，雨滴击溅作用可减少薄层水流的水力摩阻系数，从而减少水流摩擦阻力，使水流侵蚀力相对增大；有雨滴击溅作用时其水力摩阻系数平均为无雨滴击溅时的６６．１４％。这说明雨滴的击溅除了本身的分散和破坏土壤结构等侵蚀作用外，还可降低水流的水力摩阻系数，从而增加径流的冲     

不同沙埋程度下带状沙障的防风固沙效果研究

沙障在防护过程中,易发生沙障沙埋现象。为了对比分析不同沙埋程度下沙障的防风固沙效果差异,该文通过风洞模拟和野外试验相结合的方法,研究了沙袋沙障在裸露、浅埋、深埋3种状态下,防护区近地层风流场、输沙通量等风沙运动规律,并以未设置沙障的流沙区作为对照,明确了沙埋过程中沙障的防风固沙效果变化规律。结果表明,沙障在经历裸露至深埋过程中:1)对过境气流的防护距离、防护高度逐渐减小,近地层风速廓线变化趋势与对照相同,并逐渐服从对数函数;2)沙障防护区输沙分布高度显著降低(P0.01),输沙分布高度由42 cm(裸露)降低至34 cm(浅埋),最终降至28 cm(深埋),而对照的输沙分布高度为24 cm;3)近地层输沙率分布曲线逐渐服从对数函数,0～50 cm高度范围输沙量也呈现递增趋势;4)3种埋设深度野外试验说明,经过两个风季后,裸露、浅埋、深埋的沙袋沙障防护区土壤风蚀呈现降低趋势,风蚀深度分别比对照降低了18.53%、72.97%、80.40%。研究可以为沙障高度优化及应用技术提升提供理论依据。     

不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

地形起伏对气流速度影响的风洞实验研究

地形起伏主要通过对气流的扰动极大地影响着土壤风蚀特征。通过对4 种坡度下气流变化的风洞实验,发现坡面对气流的影响表现在两个方面,一是气流在爬坡过程中的速度除在坡角点略有下降外,整体上呈逐渐加强趋势,速度增加率与坡长呈良好的线性关系;二是在垂直方向上速度的增加率符合对数规律。前者使风蚀程度加强,后者使风蚀程度减弱,二者共同制约着坡面上土壤的风蚀特征。     

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。     

植被对风及土壤风蚀影响的野外观测研究

采用野外定点观测法,主要研究植被各个特征对风力作用及土壤风蚀的影响.实验结果表明:植被对风速轮廓线的影响取决于植物总体的生态性和其本身的结构形态.植被盖度和高度均对风速轮廓线有明显影响,植被分布形式对其影响相对较小.在相同地风力条件下,植被的盖度是影响土壤风蚀的关键因子.植被高度和分布形式对土壤风蚀影响相对较小.     

黄河乌兰布和沙漠段沿岸不同高度典型沙丘风沙特征

为探究乌兰布和沙漠沿黄段典型沙丘的风速流场与风沙运移特征,以3座不同高度的典型沙丘为研究对象,对沙丘不同部位5个高度的风速流场、风速廓线、风速加速率及输沙量进行了测定。结果表明:(1)风速从沙丘迎风坡脚至背风坡坡脚呈现先增大后减小再增大的"S"型趋势,沙丘顶部风速最大,背风坡中部最小。(2)沙丘各部位风速的垂直变化与高度的对数值呈V=aln(z)+b线性变化规律,风速廓线斜率a由沙丘顶部向迎风坡脚与背风坡脚逐渐增大。不同高度沙丘的摩阻流速与粗糙度变化趋势不一。(3)沙丘发育尺度对沙丘迎风坡风速加速率影响明显,其沙丘发育尺度越大,对气流的反馈作用越强,迎风坡低层20cm风速加速率明显高于高层风速加速率;(4)沙丘不同部位0~100cm的输沙率随高度呈幂函数规律递减,输沙量主要集中在0~10cm内,但不均匀,大部分集中在0~4cm,且在距地高度约4~5cm处是相对输沙量不随高程变化的不变层。     

松辽流域风蚀量与下垫面关系的综合分析

通过对松辽流域风蚀图斑资料的收集，运用线性模型理论，对该地区土壤风蚀规律进行了研究，获得了下垫面各因素和风蚀量之间的相互关系。又通过计算机进行了统计分析，找出了影响风蚀量的主导因子是土地利用类型和植被覆盖度。并可利用设计的数学方程，对该地区不同立地条件下蚀量进行了预测。