乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征

输沙势(DP)是衡量区域风沙活动强度的重要指标,为探明乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度特征,评估区域风能状况,该论文基于"内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站"2013-2017年监测的风速、风向及输沙量数据,对乌兰布和沙漠东北缘的起沙风风况、输沙势及输沙率特征进行深入研究。研究结果如下:1)研究区年均起沙风风速为6.77 m/s,年均起沙风频率为19.74%,最大风速为20.76 m/s,三者均以春季最高,是主要的风沙活动期,秋季次之,夏季与秋季较为接近,冬季最小;2)研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致,均以偏东风(NNE,NE,ENE,E)和偏西风(SW,WSW,W,WNW)为主;3)研究区年输沙势(DP)和年合成输沙势(RDP)分别为183.38和73.41 VU,属于低风能环境,年方向变率指数(RDP/DP)为0.40,属于中比率,年合成输沙势方向(RDD)111.15°,为ESE方向,表明乌兰布和沙漠东北缘沙物质主要朝东南偏东方向输移;年输沙势和年合成输沙势的季节变化特征和月变化特征均为春季显著高于其他季节;(4)16方位实测输沙率为35.11 kg/m·d,WNW方向的输沙率最大,春季输沙率显著高于其他季节。     

艾比湖流域风沙强度特征及其空间差异

以艾比湖流域内6个国家气象站2005—2011年的气象资料为依据,分析了艾比湖流域的起沙风况特征、输沙势(DP)变化及风沙强度的空间差异。结果表明:(1)研究区风向以NW和NNW向为主,其频率分别占54.98%和18.31%。(2)该区起沙风主要发生在4,5和6月,其频率分别占全年的12.48%,14.70%和13.08%。输沙势的季节变化幅度较大,主要集中在春夏两季。(3)研究区合成输沙势(RDP)及合成输沙方向(RDD)分别为988.86VU和126.5°(ESE—SE),属于高风能环境。风向变率指数(RDP/DP)为0.94,属于单风风况特征。(4)研究区风沙强度表现为高值点是以孤点出现,为阿拉山口,而低值区则是一个面积较为广阔的区域。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的风动力环境

输沙势是衡量一个地区风沙活动强弱的重要参数。为了更好地了解塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的沙粒运移状况,为沙尘暴预防与治理提供科学依据,通过地表土壤湿度修订出每个月的临界起沙风速以替代以往的一个经验值,进而以塔中气象站所提供的2006—2012年风速和风向数据为基础,研究了塔中地区的输沙势分布特征。结果表明:(1)起沙风风向主要分布在ENE,NE及E这3个方向上。(2)输沙势主要集中在春夏季。春季年平均合成输沙势分别为71.3VU,合成方向为31°;夏季年平均合成输沙势为59.7VU,合成方向为70.7°;冬季最小,合成输沙势仅为1VU。(3)春、夏、秋、冬方向变率指数都相对较大,说明塔中地区的风况较为单一。(4)春、夏、秋、冬4个季节的输沙势主要集中在ENE,NE及E这3个方向上。     

基于无人机技术黄河沿岸沙丘移动速度监测及影响因素分析

为更便捷地监测乌兰布和沙漠黄河沿岸沙丘移动速度并解析其影响因素,该研究以乌兰布和沙漠沿黄段沙丘为研究对象,应用无人机航拍技术开展沿岸沙丘的季节性地貌过程和影响因素研究。结果表明:1)研究区沙丘年移动速率1.08～2.27 m/a,多年平均输沙势为78.82 VU,年合成输沙势为25.92 VU,处于低风能环境,8～12 m/s等级风输沙势是年输沙势的主要部分,约占73.24%。方向变率(合成输沙势(Resultant Drift Potential,RDP)与输沙势(Drift Potential,DP)的比值)RDP/DP保持在0.30～0.46之间,属于中等变率。合成输沙方向RDD为57.83°～107.39°,与沙丘移动方向较为一致,西风组占全年输沙势的52.09%,是沙丘年移动的主要驱动力。2)沙丘移动速率具有明显的季节特征,整体呈现春季移动速率快,冬末-春初次之,秋季与秋末-冬末相近,夏季移动速率最慢。其中,秋末-冬末、春季和秋季输沙势DP 8.48～20.49 VU,合成输沙势方向在90.02°～95.54°之间,RDP/DP值均在0.3～0.8之间,属于中等变率,西风组作用显著,这与年合成输沙方向及沙丘走向较为一致;冬末-春初和春末-夏季分别受东北风(NE)和南风组(SSE、S、SSW)作用,沙丘通过形态变化适应风向,移动速度降缓。季节输沙势主要集中在8～10m/s风速等级,约占整个季节输沙势的40.76%～56.93%。3)综合各季节和年际输沙势与沙丘移动距离呈线性正相关,拟合方程为y=1.02+0.006 62x(R~2=0.339,F=5.616,P=0.045),方程总体显著,输沙势可以表征该地区沙丘移动距离。基于无人机监测的沙丘运动研究综合显示,风况是该地区影响该地区沙丘移动的主要动力,其中西风组8 m/s以上风速是研究区沙丘移动的主要驱动力。风向变率和合成输沙势方向与沙丘移动方向一致时沙丘移动则快,不一致时则缓;无人机可在较大尺度上为沙丘移动提供更为便捷的监测服务,研究结果可为同类地区沙丘移动的无人机监测提供参考依据。     

库姆塔格沙漠西缘风况特征及沙丘运移规律

利用风况资料和Google Earth卫星影像，分析研究区域的风况特征及沙丘运移特征，并研究沙丘年运移速度、方向及其规律，对防沙治沙手段的提高具有重要意义。结果表明：（1）研究区年平均风速为1.535~1.768 m/s，起沙风平均风速最高值出现在5，6月，全年起沙风平均风速的最低值出现在1月。（2）起沙风和输沙势主要分布在WSW、W、WNW和NW方位。（3）输沙势为0~26 VU，属于低风能环境；风向变率为0.5~0.9，属于中风向变率，钝双峰风况。（4）研究区沙丘年平均移动速度为12.26 m/a，沙丘平均年前移值在10 m以上，属最快速类型，平均移动方向为125.13°，与当地合成输沙方向基本一致。（5）沙丘运移速度与沙丘高度、宽度呈负相关关系，除沙丘高度、宽度以外，风速、输沙势、沙丘密度也影响沙丘的运移速度。     

敦煌沙漠-绿洲过渡带近地表风沙动力环境

[目的]探究沙漠绿洲过渡带起沙风况、输沙势、风沙通量和近地表粒度特征,为阐明沙漠绿洲过渡带风沙动力过程提供理论依据。[方法]利用同步风况、输沙通量和近地表断面粒度资料,分析了沙漠、绿洲及其过渡带输沙势时空分布特征。[结果]由于沙漠和绿洲内部物质组成、空间结构和水热状况不同,沙漠—绿洲过渡风速梯度和起沙风累计作用时间差异显著;受沙漠和绿洲的交互作用,沙漠—绿洲过渡带存在两组主导风向。从近地表粒度特征沿程分布来看,自沙漠至绿洲方向,粗沙含量逐渐降低,粉沙和黏粒含量相对增加。沙漠—绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定意义重大。[结论]针对绿洲风沙危害防治,应从局地环流角度出发,充分考虑沙漠—绿洲过渡带的调节和缓冲作用。     

塔中地区近地层风沙流的结构特征

[目的]分析特定高度的风沙流结构,阐明其风沙流运动规律,为防沙治沙提供理论依据。[方法]采用全方位微梯度集沙仪和风速仪,收集2014年7月至2014年8月风沙流输沙样,通过对近地层0—85mm风沙流输沙率、风速进行分析。[结果]输沙率与风速的最佳拟合关系为幂函数,相关系数为0.968 7。随风速的增大,风沙流输沙率主要集中在0—35mm,0—5和15—35mm百分含量基本呈上升的趋势,5—15和35—85mm百分含量基本呈下降的趋势。[结论]风沙流运动是一种贴近地面沙物质的搬运过程,随风速的增大,输沙量越来越集中在0—35mm范围内。因此,采取各种措施改变近地表层的风状况及风沙流结构就能有效地削弱风沙活动的强度。     

呼伦贝尔沙质草原区域风况与风蚀坑形态特征

对呼伦贝尔海拉尔气象观测站风速风向观测记录(1951-2003年)统计分析,发现呼伦贝尔地区以西北、西和西南风为主,西北风出现频率最高.年输沙势为279.1 VU,属于中风能环境,合成输沙方向是148.3°.冬季风向变率指数较高,夏季较低,近50 a来风向逐渐趋于稳定,与本区的风蚀坑走向高度一致.呼伦贝尔沙质草原的风蚀坑可以分为两类,即沙丘风蚀坑和平坦草地风蚀坑.其中平坦草地风蚀坑又可以根据发育阶段和形态将其分为沙斑、碟形坑和槽形坑等简单风蚀坑.     

腾格里沙漠东南缘风沙环境及其对交通干线生态防护体系的影响

[目的]研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的输沙势和最大可能输沙量的空间分布及变化规律,为包兰铁路风沙防护体系的维护及管理提供数据支撑。[方法]利用该地区1980—2010年的气象资料,探讨该区域多年来降水、风况、气温、输沙势等环境因子的变化趋势。[结果]该区域降水年际波动较大,且具有阵性特征;春夏两季的起沙风频率占全年总量的72.3%,主导风向为WNW-NNW和NE-E两组,大风多集中在春季;区域最大可能输沙量和输沙势具有较好的相关性。[结论]结合包兰铁路沙坡头段风沙防护体系现状,后期可以考虑将体系结构设置为A字形,以取得更好的防护效果。     

策勒绿洲-沙漠过渡带风沙活动强度的空间分布特征

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带及绿洲内部4个不同下垫面2010年11月-2011年10月1年内2m及10m高度的风况及输沙势对比分析,结合过渡带地表实际风沙蚀积变化情况得出结论:沿主风向从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2m高合成输沙势依次为26.21,1.91,3.44,0.007 4VU,10m高合成输沙势分别为54.37,31.53,28.65,2.40VU,从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地到绿洲内部随着地表植被覆盖度的增加及绿洲内部防护林网的防护作用增强,各下垫面风力、输沙势及合成输沙势逐渐减弱,流沙地地表表现为强烈的风蚀,并伴随流动沙丘前移,半固定沙地由于高密度的高大柽柳沙堆影响整体呈现大量的风沙堆积,绿洲边缘固定平沙地由于天然植被覆盖度较好,地表整体呈现轻微的蚀积变化,而在绿洲内部由于多条防护林网防护作用及地表较好的土壤水分条件,绿洲内部很少发生地表风蚀。2m高的输沙势自流沙前沿至绿洲内部较10m高的输沙势降低明显,说明了过渡带近地表的天然植被及绿洲防护林网对近地表风力削弱程度远远大于10m高的地表旷野空间,其具有良好的防风阻沙作用,更能代表近地表的风沙活动强度变化。     

浓缩风能型风力发电机浓缩装置流场特性模拟与试验

对于大型风力发电机组,风切变的影响不容忽视。浓缩风能型风力发电机可以提高风能密度,改善风能的不稳定性。为揭示浓缩风能型风力发电机浓缩装置风切变的流动规律,该文以浓缩风能装置为研究对象,进行了流场风切变特性的数值计算和风洞试验研究。采用具有风速梯度4.2 s-1的风洞进行浓缩风能装置模型的风切变风洞试验。结果证明浓缩风能装置具有减轻风切变的能力;浓缩风能装置使来流的风速梯度由4.2 s-1减小为3.4 s-1,有效地提高了叶片载荷均匀度和风力发电质量;数值计算结果与试验结果相符。研究结果可为风切变研究和完善浓缩装置与叶片的设计提供参考。     

华南型单栋塑料温室风荷载模拟试验研究

该文对华南型单栋塑料温室的风荷载特性进行了风洞模拟试验研究,测量了在16种不同风向角下温室风荷载体型系数大小和分布规律,详细讨论了屋檐、天窗等外伸部位对温室风荷载分布的影响。试验结果表明,华南型温室中的屋檐和天窗使其风荷载分布与建筑结构荷载规范的规定有较大区别,屋檐、屋脊、两端和天窗均为风荷载集中的部位。抗风设计应主要考虑与温室侧墙垂直的风荷载,在温室端部应设置支撑或提高屋檐和屋脊结构强度     

摩阻风速与平均风速的转化关系研究

针对多数研究都是以摩阻风速表征地表输沙量,而气象站风速观测通常是10 m或12 m高度的平均风速,因此在利用气象站风速观测资料来评估大范围或者某一特定区域较长时间的地表输沙量时,首先需要解决摩阻风速与平均风速的转化关系。然而,很少见到相关研究报道。借助风洞实验和2003年春天在北京郊区获得的9种不同下垫面的野外风沙观测数据,对摩阻风速与平均风速的转化关系进行了探讨,认为它们满足线性关系。     

塑料大棚设计中基本风压取值方法

目前塑料大棚设计中基本风压基本按照《建筑结构荷载规范》取值,但塑料大棚结构轻,覆盖大棚的塑料薄膜在强度上远不如工业与民用建筑所用的砖石结构、钢筋混凝土结构及轻钢结构。此外,往往瞬时风速就有可能将整个大棚结构摧毁,因此按工业与民用建筑标准的荷载取值方法不尽适合塑料大棚的结构设计。该文针对塑料大棚特点,提出采用3 s瞬时风速作为计算基本风压的依据,并搜集整理了中国各台站近30 a的气象数据,形成了塑料大棚结构设计的专用资料库,并绘制出中国基本风压等值线图,可供塑料大棚结构设计应用。     

利用PAM防治松散扰动沙土风蚀效果的风洞试验研究

翻耕农地和建设工地的扰动松散土是沙尘的重要来源。防止扰动土风蚀是保护生态环境的重要内容。该研究通过室内风洞模拟试验,研究了PAM对于提高松散扰动土起动风速、防止风蚀的效果。试验分别采用0°、10°、20°、30°不同的吹角,地表处理为：喷施PAM（用量分别为0.5,1,2,4 g/m²）、喷施清水和未加处理的自然松散扰动（沙）土。试验结果表明：通过表面喷洒PAM溶液可以显著地提高松散扰动土的起动风速,达到控制风蚀的目的;仅喷洒清水处理也可以在一定程度上提高沙尘的起动风速,但其效果甚微;如果松散(沙)土喷施PAM的表面不被扰动（无裂纹）,用于松散土风蚀防治时PAM用量控制在1 g/m²以上就可以有效防止风蚀发生,试样经受风速为14 m/s左右的大风、历时30 min而未产生风蚀。     

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。     

浓缩风能型风力发电机的整体模型风洞实验（第Ⅲ报）

低速风洞内进行的实验结果表明：当风速为５．５０ｍ／ｓ时，浓缩风能型风力发电机模型的输出功率为１００Ｗ，是直径相等的普通型风力发电机（风力机和发电机的总机械效率为０．３３２时）的输出功率的３．８倍；其输出功率相当于目前我国草原上使用的小型风力发电机输出功率的６倍；并且该机组的起动风速比相同叶轮普通型风力发电机模型的起动风速低     

中国西北三省(区)风雪流发生的可能性

[目的]揭示新疆、内蒙古和甘肃西北3省(区)风雪流发生的可能性,为风雪灾害防治提供理论依据。[方法]利用1981—2010年3省(区)130个区站地面气象资料,划分风雪流发生可能性等级。[结果](1)研究区65.4%的地区有发生风雪流灾害的可能性,其中16.9%的地区发生风雪流可能性的等级较高;(2)研究区风雪流灾害最严重的月份为3和12月,少数地区受地形影响有所差异;(3)研究区30a间气象数据在一定范围内波动,风雪灾害发生可能性没有减弱趋势。[结论]西北3省(区)需重视风雪灾害防治,尤其是3和12月应重点防护;同时要加强生态修复工作,降低风雪灾害。     

近50年黄土高原风蚀区风速的区域变化特征分析

风影响着地面热量平衡和水循环,也是土壤风蚀的主要动力。选取黄土高原风蚀区12个代表站1957—2009年的风速资料,采用距平累积、Mann—Kendall等分析方法,研究了12个站点的平均风速、最大风速变化特征以及起沙日（DTS）的变化规律。结果表明,黄土高原风蚀地区西部和北部地区的固原、盐池县年平均风速最大,东部地区河曲县风速最小,固原、横山和绥德地区的年均起沙日最多。靖远、银川和绥德的年平均风速呈现显著增大趋势,其余站点年平均风速都呈现降低趋势。年最大风速均呈现减小趋势。日最大风速的极大值出现在4—5月,5月份起沙日出现次数最多,由于该时段春耕扰动地表,而且植被萌发前地表覆盖较小,故容易产生风蚀。     

风能风切变指数计算方法的比选研究

为了支持风电场的开发和建设,结合最小二乘法对风切变指数这一重要参数进行了分析研究。根据风切变指数关系式和最小二乘法拟合直线算法,给出5种不同的方法分别计算风切变指数;然后根据计算得出的风切变指数与幂律公式推算已知高度的风速,再利用各自的推算结果与实测风速进行对比,分析其误差,选择较为准确的风切变指数。选用内蒙古乌兰察布市某测风塔共3个测风高度一年内完整的实测数据为例,采用上述方法计算该地区风切变指数,结果表明去除小风速后的数据利用最小二乘法拟合的计算方法和利用风廓线拟合的方法都较为准确;因此,应结合风电场的实际情况综合采用这些方法,选取误差最小的风切变指数。该研究有利于更准确地推算风机轮毂高度的风况,进而能够更加准确地估算发电量和评估风能资源。