乌兰布和沙漠东北缘地表风沙流结构特征

在国家林业局磴口荒漠生态站长期监测的基础上,利用多种积沙仪,对乌兰布和沙漠东北缘流动沙丘、油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘5种典型下垫面近地面（0～100 cm）的风沙流输沙量进行了实地观测和对比分析。结果表明：（1） 输沙率（q）随高度（h）增加呈幂函数（q=ah^-b,R²≥0.8409）规律衰减,随风速（v）增大呈幂函数（q=av^b,R²≥0.9256）规律增加,42.8%～70.7%的输沙量分布在10 cm高度内,67.6%～90.0%的输沙量分布于30 cm高度内。当地表植被盖度达到40%以上时,输沙率下降至无植被覆盖地表输沙率的6.6%以下,可有效阻止地表风蚀。（2） 沙物质主要由粒径为50～250 μm的细沙和极细沙构成,各高度层风蚀物粒度组成服从单峰态分布,峰值在100～250 μm。随高度增加,风蚀物粒径范围趋于变窄,粒径趋于更细。（3） 起沙风多出现在WSW和NW方向,占全年起沙风的53.19%。风沙流中跃移输沙、蠕移输沙的空间分布在理论上应与风向频率分布基本一致,差异性主要由各方位风的强度和持续时间等因素导致。研究结果可为该区域防沙工程设计提供理论参考。     

乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量

为揭示乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量的垂直分布,在野外实地监测的基础上对乌兰布和沙漠3种下垫面冬季输沙量进行测量分析。结果表明：近地表0～100 cm高度内冬季输沙量流动沙丘 > 梭梭固定沙丘 > 白刺半固定沙丘。各下垫面输沙量随高度呈下降趋势,流动沙丘、白刺半固定沙丘、梭梭固定沙丘符合幂函数分布,流动沙丘、梭梭固定沙丘输沙量集中于0～20 cm高度,白刺半固定沙丘集中于0～40 cm高度。风沙流幂函数通量系数a、b与粒径< 0.1 mm和粒径 >0.5 mm颗粒含量负相关,与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量正相关,与粒径0.25～0.5 mm颗粒含量不相关。沙粒跃移高度在流动沙丘、白刺半固定沙丘和梭梭固定沙丘分别集中于0～3.59、0～4.33和0～2.36 cm;跃移高度与粒径<0.05 mm和0.1～0.5 mm颗粒含量正相关,尤其与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量呈指数函数正相关,与粒径0.05～0.1 mm及>0.5 mm颗粒含量无明显相关性。乌兰布和沙漠流动沙丘在冬季仍具有较大的侵蚀状态,白刺半固定沙丘处于弱风蚀状态,梭梭固定沙丘处于堆积状态,造成地表积沙。在冬季,梭梭固定沙丘仍然发挥着防风固沙的能力,成为冬季固定风沙的重要防线。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验，在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明：保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%；保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增，但在传统耕作条件下递增较快；风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点，当风速>14 m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低；0~20 cm内，传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系，保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比（Q_0~4/Q_0~20）均低于传统耕作。     

库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异

对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。     

黄河内蒙古段土壤风蚀特征模拟

采集黄河内蒙古段风沙土、灰漠土、棕钙土和灌淤土，在室内进行土壤理化性质测定和风洞模拟试验。对比分析了4种土壤的理化性质和不同风速及含水量条件下的风蚀特征，并量化了不同土壤的风蚀强度与土壤理化性质间关系。结果表明：（1）相对于棕钙土和灌淤土，风沙土和灰漠土易蚀性颗粒含量较大，团聚体、有机质和碳酸钙含量较低，但相同风速和含水量条件下平均风蚀强度风沙土>棕钙土>灰漠土>灌淤土。（2）不同土壤风蚀强度与风速均呈较好的幂函数关系（R²≥0.85，P<0.05），尤其是风沙土和棕钙土，幂函数关系明显优于指数函数。（3）除灰漠土，土壤风蚀强度与土壤含水量均呈较好指数函数关系（R²>0.90，P<0.05），风沙土和灰漠土的风蚀强度突降的含水量临界点在4.5%左右，灌淤土和棕钙土无明显临界点。（4）不同土壤输沙率均随距地表高度的增加而急剧减少。在距地表10 cm范围内，不同土壤输沙率占总输沙率比例风沙土（82.67%）>灰漠土（80.77%）>灌淤土（74.07%）>棕钙土（73.77%），当距地表大于30 cm后，集沙仪中基本收集不到风沙土和灰漠土风蚀颗粒。当轴心风速为16 m·s^-1时，不同土壤风沙流结构均表现为单峰曲线。（5）不同土壤风蚀强度与风速、含水量、团聚体、易蚀性颗粒和黏粒含量均呈较强的非线性相关关系（R²=0.76，P<0.05）。易蚀性颗粒含量是影响风蚀强度最主要的土壤属性，其次是干团聚体和黏粒含量。     

土壤含水率对风沙流结构及风蚀量的影响

通过对科尔沁沙地典型生境（流动沙丘、沙质草地和农田）的土壤进行风洞试验,分析了不同含水率下3类土壤的风沙流结构、输沙率及总输沙量的变化趋势。结果表明：（1）不同含水率下,3类土壤的输沙率随高度的增加均呈现减小趋势,且有良好的指数函数关系。（2）随含水率的增加,流动沙丘和沙质草地土壤风沙流沙粒的平均跃移高度增加、0—12 cm的输沙率占总输沙率之比增加,农田土壤则相反。（3）不同风速下,3类土壤输沙量与含水率的关系可用指数函数或三次函数关系来描述。（4）基于不同风速下输沙量随含水率增加的斜率变化程度,可将含水率分为3个区间：平稳下降区间、跃变区间和衰弱区间;流动沙丘、沙质草地和农田土壤的含水率跃变区间分别为0.79%—1.01%、1.14%—1.72%和2.77%—4.44%。（5）随土壤含水率上升,总输沙量大小排序发生变化：0.00—0.76%时流动沙丘>沙质草地>农田,0.76%—1.35%时沙质草地>流动沙丘>农田,1.35%以上时农田>沙质草地>流动沙丘。     

毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征

 基于野外实地观测,研究了毛乌素沙地不同下垫面的风沙运动特征。平坦流沙地上的风速随高度呈对数分布; 沙丘上的风速梯度在高度上的变化随植被盖度增大而增强; 相近风速下,0~60 cm高度范围内的输沙强度从大到小依次为流动沙丘丘顶＞平坦流沙地＞半流动沙丘丘顶＞裸露黄土梁地＞黄土梁翻耕地＞玉米留茬地＞半固定沙丘丘顶。同一植被盖度下,沙丘顶部输沙率随风速增加而增大,粗糙度随风速增加而减小。当风速小于起沙风速时,粗糙度随植被盖度的增加而增大; 当风速大于起沙风速时,平坦流沙地和沙丘顶部的粗糙度随风速增大有增加趋势,产生这种现象的可能原因是跃移层沙物质对气流的阻力随风速增大而增大。根据各类沙源地的起沙强度和总面积,风沙灾害防治的重点是植被盖度较小的沙地和黄土梁地。     

降水在沙丘中的运动特征研究——以甘肃民勤沙区为例

自然降水和辅助人工模拟降水试验表明在民勤沙区,降水在沙丘上的下渗深度主要受沙面状况的影响。沙丘表层土壤田间持水量大小影响降水下渗,表层粉粒和粘粒含量影响田间持水量,降水量的大小与水分下渗深度的相关性并不显著;降水强度在29.8mm·d^-1以内时,固定沙丘上的最大含水层为10~15cm,降水的下渗速率只有10~15cm·d^-1;在半固定沙丘上,28.2mm·d^-1以内的降水的最大含水层为30~35cm,降水的下渗速率只有15.0~17.5cm·d^-1;在流动沙丘上,21.7mm·d^-1以内的降水强度的最大含水层为130~135cm,降水的下渗速率可达32.5~33.8cm·d^-1;在固定沙丘和流动沙丘上,8mm·d^-1以内的降水很快蒸发损失,而在半固定沙丘上能保存较长时间;与固定和半固定沙丘相比,流动沙丘表面水分(即7~8mm以内的降水)最易在短期内蒸发损耗。     

海岸沙丘表面不同部位风沙流中不同粒径沙粒垂向分布的变化

河北昌黎黄金海岸典型沙丘的实地观测表明,风沙流中中沙与细沙输沙量的垂向分布在沙丘表面不同部位的变化并无本质性差别但有一定变化幅度的差异,如绝对输沙量均在迎风坡至丘顶增加、丘顶至背风坡坡脚减小,但中沙输沙量在迎风坡增加的幅度小于细沙、在背风坡减少的幅度大于细沙;相对输沙量在沙丘不同部位的变化趋向类似,但细沙的变化幅度要小于中沙;中沙的垂向分布模式均为幂函数,细沙则表现为指数分布(0~10cm高度内)和幂函数分布(10~30cm高度内)。     

新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内(以1 cm分隔)的输沙量。分段拟合分析表明:新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的"象鼻效应",在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。     

偏西风作用下敦煌月牙泉金字塔沙山顶部风沙流初步观测研究

金字塔沙山丘体高大,形态复杂,坡面风沙动力过程实地观测困难,至今尚无坡面风沙流野外观测数据。通过新研制自动集沙仪,对偏西风作用下敦煌月牙泉北侧金字塔沙山顶部风沙流进行了实时观测,共观测8组近地表51.4 cm高度内输沙数据,各观测时段中2 m高度平均风速7.46～14.15 m·s^-1,各组观测时长18~95 min。结果表明：偏西风纵向气流作用下金字塔沙山风沙流结构与平坦地表一致,即输沙量随高度增加呈单一的指数规律递减,且风沙流主要在近地表30 cm高度内输移。风沙流结构特征值λ以大于1为主,且随风速增大而增大,表明金字塔沙山坡面过程主要表现为风蚀过程。偏西风作用下金字塔沙山风沙流中沙粒以细沙为主,平均粒径随高度增加而减小;沙山迎风坡沙粒从坡脚到沙脊线逐渐粗化,风蚀作用增强,细沙从而随风沙流搬运至沙山顶,对金字塔沙山多以细沙为主的格局形成起重要作用。     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律北大核心CSCD

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠分别为中国面积第二、第三大流动性沙漠,对两大沙漠连接带新月形沙丘的动态监测可以揭示该地区沙丘形成演化规律,为沙漠连接带风沙地貌发育研究提供科学支撑。通过Google Earth高清历史影像对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带的新月形沙丘带进行监测,分析了两大沙漠交界处沙丘的移动速率和形态变化。结果表明:巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动速率范围5.88-19.55 m·a^(-1),平均移动速率10.03 m·a^(-1);移动方向范围109°-135°,平均移动方向122°。风况为沙丘移动提供动力条件,合成输沙方向与沙丘移动方向吻合。受NW、WNW方向输沙影响,新月形沙丘南翼在移动速率增加的同时长度不断伸长,显著区别于北翼。沙丘移动受控于沙丘本身形态,沙丘各形态参数(迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积)与移动速率呈现显著负相关关系(P<0.01)。植被覆盖以及沙丘密度的差异导致了研究区沙丘移动速率的差异。沙丘移动前后,形态参数变化具有复杂性,而沙源丰富度差异以及丘间地灌丛沙包对沙丘形态的改变,是沙丘形态变化复杂性的主要原因。两大沙漠连接带年输沙通量170-521 t·m^(-1),均值为301 t·m^(-1)。     

自动连续称重式集沙仪设计及野外应用

集沙仪是定量监测风沙活动的重要工具。设计了一种自动连续称重式集沙仪,可以根据试验需要采集不同高度沙样,每分钟收集一次质量数据,实现高频连续集沙。试验结果显示,自动连续称重式集沙仪在15、30、60 cm高度的集沙量满足随高度增加呈指数减少的规律;在15 cm高度,风速与输沙通量呈指数函数关系(y=6E-05·e0.8417x,R2=0.6042),随集沙高度升高输沙通量与风速相关性减弱。自动连续称重式集沙仪与新型平口式集沙仪所测的输沙通量具有很好的一致性(y=0.8119x+0.2645,R2=0.7481)。自动连续称重式集沙仪虽然在稳固性方面需要改良,但能够很好地捕捉高度在15 cm以下沙物质的输移信息,野外应用效果良好,是一种适合野外高精度风沙活动自动监测的新型测量工具。     

古尔班通古特沙漠沙垄表面的稳定性与顶部流动带的形成

古尔班通古特沙漠是我国惟一受西风气流控制的沙漠,也是我国最大的固定与半固定沙漠。个体沙垄表面的稳定程度从基部至顶部呈现明显的差异。通过分析沙丘的粒度组成、水分动态、土壤植被及生物结皮等下垫面因素的垂直变化,特别是对沙丘表面蚀积过程的实地观测和研究,探讨古尔班通古特沙漠固定、半固定沙垄表面的稳定性和顶部流动带的形成。     

毛乌素沙地风沙土粒径分布特征及其影响因素

为揭示毛乌素沙地风沙土粒径分布特征，推测其影响因素，以毛乌素沙地流动、半固定和固定沙丘风沙土为研究对象，利用激光衍射技术分析其粒度组成，并计算粒度参数，解析粒配曲线，研究结果表明：（1） 毛乌素沙地风沙土优势粒径组为细砂，其平均体积含量约为29.89%～32.46%，不同类型沙丘无显著差异（P>0.05）；少数粒径组分为粗砂、黏粒和极粗砂，其中流动沙丘与半固定、固定沙丘黏粒与粗砂含量均无显著差异（P>0.05），从半固定到固定沙丘，黏粒含量显著增加（P<0.05），粗砂含量显著减小（P<0.05），从流动沙丘到固定沙丘，极粗砂含量显著减小（P<0.05）。（2） 毛乌素沙地风沙土平均粒径为3.35 Φ，粒度分布集中，分选性较差，偏度状况为正偏，尖窄峰态。在沙丘固定的过程中，平均粒径与标准偏差无显著变化（P>0.05），峰态显著变宽平（P<0.05），半固定沙丘偏态值与其他2种沙丘相比显著偏负（P<0.05）。（3） 流动、半固定与固定沙丘跃移组分的粒径区间分别为44～435 μm、63～500 μm和31～354 μm，风沙运动在半固定沙丘中最为强烈。毛乌素沙地风沙土优势粒径组分含量主要受物源影响，少数粒径组分含量主要受沙丘流动性影响，风沙运动强度随沙丘的固定呈先增大后减小的规律。     

榆靖高速公路防护体系近地面流场特征

通过野外调查及风场观测,研究了在主导风向为NW-SE时,榆靖高速公路K404处上风向植被防护体系的地面流场变化特征。结果表明:（1）风速和地形存在较好的相关性。在流动沙丘和固定沙丘迎风坡,风速放大率均为正,背风坡为负,背风坡没有产生回流,风速整体减小。风速放大率计算结果表明,愈接近地面风速的变化程度越大,风速放大率绝对值与垂直高度呈指数函数关系,风速放大率的大小与沙丘类型无关。（2）接近公路的贴地面风速显著下降,现有植被防护体系能够缓解流沙危害,植被的防风效果较好。（3）流动、半固定、固定沙丘的迎风坡地表风速廓线基本符合对数律,丘顶和背风坡风速廓线偏离对数曲线,固定沙丘粗糙度高于流动沙丘。     

毛乌素沙地中部风成沙的组成与微形态特征

分析了毛乌素沙地中部流动沙丘与固定-半固定沙丘沉积物粒度、元素和微形态特征。结果表明：流动沙丘沙和固定-半固定沙丘沙均以细沙和中沙为主,流动沙丘沙的分选性较好,而固定-半固定沙丘沙的分选性较差,沙丘在频繁强烈的风沙活动环境下跃移搬运,且搬运方式一定,搬运动力稳定。与上部陆壳平均化学组成（UCC）相比,常量元素SiO₂和Na₂O富集,其余均亏损,而微量元素中,Co富集明显。沙丘沙物质CIA值与上部陆壳平均值接近,表明沙丘经历了低等的化学风化。流动沙丘和固定-半固定沙丘颗粒磨圆度普遍较差,大多呈现棱角状或次棱角状外形,真正圆状外形较少。风成环境的典型标志碟形撞击坑占比很大,推断毛乌素沙地中部气候相对干燥,机械作用占主导地位,化学风化作用甚微。