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.     

流动沙丘表面输沙率的理论计算方程

本文研究流动沙丘表面上输沙率的理论计算，得出输沙率是风速的二次函数且与沙丘表面沙粒平均粒度的１．４３次方成反比的新结论。     

塔中地区一次沙尘暴过程的输沙通量估算

以塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区为研究区,对2008年7月19日11;2923:56时一次沙尘暴天气过程进行野外实时输沙观测,利用经典输沙经验公式,对此次沙尘天气的输沙通量进行估算.确定了塔中地区的临界摩擦速度为0.24m/s,建立了塔中地区2m高度风速与输沙率的关系,发现Lettau输沙率公式的计算结果与实测值最为接近,塔中地区此次沙尘暴发生期间的水平输沙通量和垂直输沙通量分别为258.67x10-4kg/(m·s),40.07x10-7kg/(m2·s).     

浑善达克沙地西部新月形沙丘和抛物线沙丘共存区的地貌特征

新月形沙丘和抛物线沙丘可以相互转化和共存,对共存区地貌特征的研究有助于对其形成原因的理解和为防沙治沙提供科学依据。本文基于Esri历史影像服务,对浑善达克沙地西部新月形沙丘和抛物线沙丘共存区3个时期（2008年1月15日、2011年6月4日和2016年9月20日）的沙丘形态参数进行了提取,并计算了沙丘的移动方向和移动速度。结果表明：典型新月形沙丘集中分布于沙地西部的15个与干湖盆有关的区域,雏形新月形沙丘和雏形抛物线沙丘则依次分布在干湖盆外围,干湖盆的出现是浑善达克沙地典型新月形沙丘发育的关键因素,对湖泊干涸引起的沙漠化应引起足够重视。对共存区最典型的5区分析发现,典型新月形沙丘和雏形新月形沙丘在涉及到两翼的形态参数分布模式上与雏形抛物线沙丘有明显差异。进一步对沙丘形态参数间的相关性分析发现,从新月形沙丘向抛物线沙丘的转变过程中,迎风坡长、背风坡长和底面积的变化具有继承性,两翼在该过程中变化最大。此外,3类沙丘的移动方向在数值上差异不大并与合成输沙势方向（RDD）的变化一致,但三者的移动速度差异明显,且影响不同类型沙丘移动速度的因素也不相同。其中,植被对植被覆盖状况相对良好的雏形抛物线...     

乌兰布和沙漠风沙流结构的研究

作者观测了固定、流动沙丘风沙流结构,并运用拟合曲线、拟合方程等方法对固定、流动沙丘风沙流结构进行了分析研究。结果表明,两种沙丘输沙率均与风速成正比,与高度成反比;0-40cm高度内输沙量与风速之间遵循指数关系;流动沙丘的沙粒运动主要集中在近地层0-6cm高度范围内;另外,植被阻截沉沙效果特别明显,植被覆盖度在30%时,沉沙效果达到95%以上,且随风速的增大而增加。     

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。     

混合沙跃移运动数值模拟

采用数值模拟方法分析了混合沙的跃移运动规律,模拟结果表明:模型能够合理反映混合沙实际跃移行为,模拟结果与野外试验和他人实验结果基本相符;混合沙跃移输运主要集中于地表之上30cm以下,达总输沙量95%以上;总输沙率垂向分布整体呈指数规律递减,靠近地表处形成输沙率峰值;不同粒径沙粒输沙率随高度的变化与总输沙率基本一致,但是各粒径输沙量、输沙率峰值大小、峰值所处的高度各不相同;风速的增大并不改变混合沙和各粒径沙粒输沙率垂向分布的结构形式,只是风速增高,输沙率峰值和峰值所处的高度均增大;随着风速的增大,总输沙量中小粒径沙粒份额逐渐降低,大粒径沙粒份额逐渐升高。     

近地层输沙率数值模拟研究

采用Euler双流体模型和k-ε湍流模型对近地层风沙气固两相流动进行了数值模拟,研究输沙率沿高度分布特征以及风速和粒径对该分布特征的影响.结果表明,输沙率沿高度分布呈现先增大后减小的规律.粒径和风速大小对该分布规律影响显著:该分布随粒径增大在不同高度层表现出不同的规律;随风速增大则整体升高,但升高程度在不同高度层表现出不同的规律.     

塔克拉玛干沙漠南缘新月形沙丘移动特征

新月形沙丘的移动特征可以反映区域内风沙运移和地貌演化过程,对于科学开展风沙灾害防治具有重要意义。本文利用卫星遥感影像与气象再分析数据,研究了塔克拉玛干沙漠南缘6个新月形沙丘群2012—2022年的形态变化与移动特征。结果表明：(1)研究区域内新月形沙丘平均移动速率为6.86 m·a^-1,移动方向与对应区域内盛行风方向基本一致;(2)不同区域内新月形沙丘形态参数之间的关联性呈现显著差异;(3)沙丘高度、下垫面植被覆盖、年均降雨量以及地表温度与沙丘移动速率呈负相关关系,分区拟合结果有差异;(4)且末西南区域的年平均输沙通量约为77120.5 kg·m^-1。研究结果反映了新月形沙丘移动规律的复杂性,不同地理环境因子的影响程度或存在显著差异,需结合实地情况进行具体分析。同时,在沙丘演化过程中,形态参数的动态变化反映了沙丘迁移的内在机理,进一步为新月形沙丘的发育机理提供了实证数据,也为沙丘危害防治和土地规划提供了参考依据。     

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。     

巴图湾水库风沙入库量的估算

风沙入库给干旱、半干旱地区的水库带来了严重的填淤危害。本文通过对内蒙古乌审旗南部巴图湾水库岸边流动沙丘不同部位风速与风沙流的同步观测,计算出库岸流动沙丘表面的平均输沙率。利用巴图湾水库1986~2005年9月份的5期TM遥感影像统计出水库两岸受不同风向影响的流动沙丘断面的平均长度,结合巴图湾水库附近乌审旗河南乡气象站1985~2004年的气象资料,统计出不同风向大于起沙风的风速年均持续时间,初步计算出巴图湾水库的年均入库风沙量。结果表明:(1)巴图湾水库的年均入库风沙量为3.65万t,其中西岸风沙入库量为3.55万t,东岸为0.10万t。西岸风沙危害最为严重,是治沙工作的重点。(2)巴图湾水库的风沙入库具有明显的时间性和方向性。受季风气候的影响,风沙入库的方向会随着风向的变化而改变。东南风与西北风是造成东西两岸风沙入库的主要风向。西北风对风沙入库量的贡献最大。(3)在大于起沙风的风速中,5~12 m/s风速段是风沙入库的主要风速。当风速中7 m/s以上的风速持续时间有一个较小的增加时,入库风沙量将会有一个巨大的增加。(4)库岸半固定沙丘的风沙入库,降尘和风水复合侵蚀引起的库岸坍塌也是入库风沙量的重要组成部分。因此,巴图湾水库的实际年入库风沙量应该大于3.65万t。     

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。     

Effects of wind guide plates on wind velocity acceleration and dune leveling: a case study in Ulan Buh Desert,China

The areas used to be covered by shifting sand dunes have been reclaimed rapidly in recent years. However, it is a challenge to reclaim high sand dunes because it is rather costly to level the high dunes to gentle arable lands. In this study, a wind guide plate was used to change the characteristics of natural wind to level the sand dunes. The use of wind energy could significantly increase the efficiency of dune leveling and decrease the cost. Low wind velocity is a typical characteristic in Ulan Buh Desert of China where the average wind speed is much lower than the threshold velocity for sand movement. The experiment of this study was conducted to accelerate the wind velocity by a wind guide plate to level a sand dune. Results show that the threshold velocity for sand movement is 3.32 m/s at 10 cm above the sand surface in Ulan Buh Desert. A wind guide plate set at an angle less than 50° could significantly increase the wind velocity. The wind velocity could be accelerated up to the threshold velocity for sand movement behind a plate when the plate is at the angles of 20°, 25°, 35° and 40°. The most significant acceleration of wind velocity appears at 1.5 and 3.0 m behind the plate with an angle of 25°. An obvious wind velocity acceleration zone exists behind the wind guide plate when the angles are at 25°, 35°, 40° and 45°, with the most obvious zone under the angle of 45°. The results also show that the total amount of sand transferred over the experimental period increased by 6.1% under the effects of wind guide plates compared to the sand moved without wind guide plates. The results of the study will provide theoretical and practical supports for desert management in sand dune areas.     

Aeolian transport over a developing transverse dune

The spatial and temporal changes in aeolian transport over a dune are fundamental factors that control the morphology of the dune.In the present study,we obtained direct field observations of aeolian transport over a developing transverse dune at the Shapotou Aeolian Experiment Site in the southeastern part of China’s Tengger Desert.The transport rate versus wind speed relationship is complicated over a developing dune compared with the relationships over flat surfaces and over dunes that are in equilibrium with the wind.We obtained trend lines for transport rate over the transverse dune versus distance.The transport rate generally increased from the toe to the crest above the stoss slope,but the difference in transport rate between the crest and the toe was smaller than those that have been proposed for taller dunes.The crest/toe ratio for transport rates therefore seems to depend greatly on dune height.Flux density profiles for different points above the dune at different wind speeds were well described by the exponential decay law,as has been proposed for saltation flux density profiles.Coefficients in the flux density profile function can be defined in terms of the transport rate and wind speed.However,the dependence of relative decay rate with height and average saltation height on wind speed was weaker than that observed in a wind tunnel and above a flat surface.The preliminary results obtained in this study require more evidence from field observations to fully describe aeolian transport above developing dunes.     

Morphology and formation mechanism of sand shadow dunes on the Qinghai-Tibet Plateau

The formation and development of dunes depend on wind-blown sand movement which is affected by the characteristics of sand material, topography, wind regimes and other factors. In this paper, we investigated two sand shadow dune groups in Shigatse and Za’gya Zangbo of Tibet and an individual dune in Da Qaidam of Qinghai, and analyzed their topographies and morphologies, and the physical characteristics of the sand, wind regime and sand transport. Formed under harsh conditions behind hills, these mature sand shadow dunes are hundreds of meters long, have significant ridges and crescent dunes downwind, and have a hill pass on one or both sides. Wind tunnel experiments revealed that the hill gap and wind velocity are important factors in the formation of these dunes. Sand shadow dunes formed only when the gap spacing is two-thirds of the hill height. When wind velocities are 20 m/s, the sand body is divided into two parts. The hill pass allows the transport of sand by wind, creating a "narrow-pipe effect", which causes the transported material to gradually accumulate in the center of the shadow zone. We observed that the following are needed for sand shadow dunes to form:(1) strong winds, sufficient sand, suitable obstacles and a dry climate;(2) one or both sides of the obstacle forming the shadow zone must have a hill pass; and(3) the windward side of the obstacle must have a wide, flat area, providing adequate spacing for wind flow and transport of material and the leeward side must have a sufficiently broad, flat area to allow the release of the transported material. Research results on these newly discovered dunes on the Qinghai-Tibet Plateau could contribute to the understanding of dune geomorphology.     

河西走廊荒漠化区域景观动态及变化机理分析

应用马尔科夫模型法 ,对河西走廊荒漠化区域景观动态及变化机理进行分析研究 ,结果表明 :河西走廊的景观基质以沙漠和戈壁为主 ,在过去近半个世纪里没有发生根本性变化 ;各景观要素的斑块大小及变化特点是戈壁、流动沙地和半固定沙地等类型的平均斑块面积较大 ,且呈增大态势。而林地、固定沙地、水域和耕地等类型的平均斑块面积较小 ,并且呈减小态势 ;1 949～ 1 995年 ,景观要素转化速率较高的类型主要为耕地、草地、林地、固定沙地和半固定沙地 ,主要的转化形式有流动沙地与固定沙地、半固定沙地间的相互转化 ,盐碱地、耕地、草地、固定沙地、水域等向半固定沙地的转化 ,草地和水域向固定沙地的转化 ,各种不同土地类型向潜在沙化土地转化 ,以及耕地、林地、草地三者之间的相互转化。景观动态表明 ,该区域土地退化极易发生 ,而生态恢复则相对困难 ,区域景观格局总体上呈现向荒漠化方向发展态势。     

龙羊峡水库周围风沙流的观测、计算及对库区的影响

为估计龙羊峡水库进库风沙量及其对库区的影响,在库西北流沙带进行了长达一年的风沙观测。并在分析观测数据的基础上总结出了计算断面输沙率的通用经验公式,也给出了断面通量系数、起沙风速和粒径之间的关系。用所得公式算出年均进库风沙量为141万立方米,它对库容的影响可不计,但将严重危害农牧业生产和地面设施,也会污染环境。     

古尔班通古特沙漠腹地输沙风能及地貌学意义

根据古尔班通古特沙漠腹地2个气象台站2003-2006年气象资料,分析起沙风况和输沙势,并对其地貌学意义进行探讨。结果表明：沙漠中部全年起沙风出现频率为0.25%,以东北风和西北风为主;南部起沙风出现频率为0.11%,以西北风和西南风为主。沙漠中部和南部均属于低风能环境,中部地区的总输沙势（DP）为66.7VU,合成输...