低覆盖度不同配置灌丛内风流结构与防风效果的风洞实验

 低覆盖度灌木群丛是干旱、半干旱区广泛分布且具有重要意义的植被，也是人工修复沙地应遵从的植被。通过风洞试验模拟了覆盖度在20%左右的三种水平配置格局的灌木群丛内风流结构与防风固沙效果。结果表明：①水平配置格局不同，低覆盖度灌木群丛的防风效果差异显著，行带式模式具有非常显著的阻碍和降低风速的作用（风速降低36%~43%）;等株行距模式次之，风速降低7%~28%;随机不均匀配置模式内局部有风速抬升现象，② 行带式模式内形成规整的随灌丛带波动的流场结构，而随机不均匀配置模式内形成由多个风影区和风速加速区组合的非常复杂的流场结构，等株行距模式居于二者之间。③ 带间宽度在56 cm和64 cm时的防风效果较带宽为32 cm和40 cm好。说明覆盖度降低到11%~13%，行带式模式的防风效果仍然不会降低。④两行一带配置均表现防风效果优于单行配置，且随试验风速的增大防风效果更好。     

低覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究

针对覆盖度小于28%的沙蒿群丛,通过野外测试和风洞模拟实验,研究了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的防风固沙效果及其流场特征。结果表明：①行带式配置格局具有非常显著的阻碍和降低风速的作用,流场结构稳定规则;等株行距次之;随机不均匀配置格局内局部有风速抬升现象流场结构复杂多变。②行带式配置格局带间形成“凹月”形稳定沙面并能出现结皮,流沙被完全固定,而随机不均匀分布的沙蒿群丛内有明显的风蚀现象。③行带式配置格局在带的背风侧和迎风侧分别形成4.0 m和0.5 m的一个风速显著降低区,成为提高防风固沙效果的核心。     

沙地云杉(Picea mongolica)农田防护林带不同配置模式的防风效果

沙地云杉(Picea mongolica)为常绿针叶乔木,可作为荒漠区防护林体系建设的优良植物材料,其株高和植株构型明显区别于杨树等传统的防护林树种。因此,本文通过风洞模拟实验,在8、10、15m·s-1的风速条件下,研究了沙地云杉农田防护林单林带前后的风速流场特性和防风效能。单林带采用3种配置模式,即两行等株行距(Ⅰ型)、两行"品"字型(Ⅱ型)和四行簇状"品"字型(Ⅲ型),基于垂直风速流场对3种模式进行了比较。结果表明:(1)3种配置模式沙地云杉防护林带前后垂直高度上的风速流场分布特征有很大区别,相同配置模式的流场分布特征相似,随着风速的增大,风速流场的等值线变得更加密集。(2)3种配置模式防护林带前后垂直高度的风速加速率依次为Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型。(3)林带后20 H范围内1~20cm高度上防风效能依次为Ⅲ型(47.2%)Ⅱ型(37.3%)Ⅰ型(16.2%)。研究结果可为沙地云杉防护林配置理论研究奠定基础,为沙地云杉在农田防护林建设中的实际应用提供依据。     

中国村庄空间分布特征及空间优化重组解析

以中国电子地图数据和分县经济社会数据为基础,利用最邻近距离R指数模型分析中国村庄分布模式格局,结合地理探测器的研究方法对影响因素进行探测识别,同时解析乡村空间优化重组背景和模式。研究得出以下主要结论：① 中国村庄空间分布呈现出聚集、随机、离散均匀分布的并存空间分布模式,村庄空间分布模式区域差异特征显著。东南半壁的村庄分布密度远大于西北半壁,不同地域类型区的村庄空间分布模式表现出各异的特征。平原地区的村庄空间分布密集,空间分布模式以随机、分散为主,村庄之间邻近距离较近。高寒山区、沙漠边缘地带,村庄空间分布密度极低,村庄之间邻近距离偏大,村庄空间分布相对聚集。丘陵、山地交汇过渡地带,村庄空间分布密度较大,空间分布模式偏向随机分布。② 村庄分布受到传统因素和经济发展双重因子的影响,传统影响因素依然在发挥作用,但经济发展的影响愈加明显。不同区域地形、水资源条件对村庄分布影响显著。交通条件、产业非农化、经济发展、农业现代化发展对乡村生活、生产空间的空间形态和分布模式产生剧烈影响。③ 伴随乡村各种生产要素非农化流失,村庄空间亟待优化重组,优化以镇区为依托的中心村-基层村体系空间组织结构应为乡村物质空间优化重组有效选择。④ 在不同地域类型区域,村镇格局的空间优化重组形态可以采用放射均衡、放射非均衡、多核心均衡、走廊式布局模式及混合模式。     

塔里木河下游不同覆盖度灌木防风固沙功能野外观测研究

 对塔里木河下游50%、25%、10%三种覆盖度灌木降低风速观测结果表明: 50%覆盖度灌木降低风速最明显，防风效能为49.21%；25%的覆盖度灌木降低风速较明显，防风效能为24.44%;10%的覆盖度灌木对风速降低有一定作用，防风效能为9.15%。在7.7 m.s-1风速下，植被覆盖度为10%、25%的沙地输沙率分别是无植被覆盖沙地的62.44%和8.37%；在10 m.s-1风速下，植被覆盖度50%的沙地仅有轻微的风蚀。根据塔里木河下游不同覆盖度植被与降低风速之间的定量关系，得出不同风速条件下的有效植被覆盖率，在研究区常见10～15 m.s-1风速条件下，要达到有效阻沙效果，植被覆盖率应在50%以上。     

基于ASCAT散射计数据的2012年南极周边海面风场特征分析

利用2012年全年的ASCAT散射计风场数据,对55°S以南的南极周边海域海面风场开展了时空分布特性统计分析。结果表明:对于南极周边海域,7月平均风速最大,为12 m·s-1,12月平均风速最小,为8 m·s-1,冬季大于夏季;该区域平均风速主要在9—12 m·s-1之间,全年出现的天数280天,约占全年的77%;风速10 m·s-1所占比例也是冬季大于夏季。从全年来看,南极周边海域在冬季(4—6月)和春季(7—9月)风速普遍较大。该区域0°W—60°W海域内风速明显比其他海域要小。     

敦煌莫高窟顶灌木林带防护效应研究

风洞模拟实验和野外观测结果表明,平均林带高H=1 5m,疏透度β=50%的两条灌木林带周围的气流场分为7个能量区。在贴地层,有林带前的拐角绕流阻滞减速区,林带中的灌丛阻挡湍流衰减区,林带后的回流涡旋减速及速度恢复区,林带远方的气流附体加速区。在林带上部,有林带间的阻滞减速区和林带后的涡旋减速区,在林带顶后部有集流加速区。风沙流在阻滞、涡旋回流减速区沉积,而在加速区则会产生风蚀,在林带顶上下层气流交换加强。在低速时林带阻沙能力较强,当风速为10m·s-1时,有林带的输沙量可减少一个量级,即阻滞90%的风沙流;在中高风速时(风速为15m·s-1及以上),林带对风沙流的阻滞作用明显减弱,只阻滞20%。     

梭梭(Haloxylon anmodendron)林带防风效果的风洞试验

梭梭(Haloxylon anmodendron)是荒漠地区重要的固沙灌木,株高、构型与防风固沙乔木具有明显差异。通过风洞模拟实验,在12 m·s~(-1)风速条件下,对3种高度和密度的梭梭林带模型的风速流场和防风效果进行了研究。结果表明:不同配置的梭梭林带模型后风速流场差异显著。1～2 cm高的梭梭林带后风速频数集中在8～8.7 m·s~(-1);4 cm高的梭梭林带后风速频数集中在7～8 m·s~(-1),平均防风效能分别为38.49%、32.29%、26.88%,有效防护距离分别为10H、7.5H、5H,优于1～2 cm高的配置类型。其中4 cm高、株行距2 cm×2 cm的林带后风速恢复迅速,最大风速大于等高度其他两种株行距的林带;高度1 cm、株行距2 cm×2 cm林带防风效果优于同高度密度稀疏的林带;2 cm高、株行距4 cm×4 cm的林带与1 cm高、株行距2 cm×2 cm的林带后的最小风速接近,表明随着梭梭林带高度的增加,林带密度优势开始减弱。因此合理的株行距有助于梭梭林带长期发挥最大防风效益。     

塔克拉玛干沙漠风蚀起沙观测研究——试验介绍与观测结果初报

介绍了中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所在塔克拉玛干沙漠开展的风蚀起沙观测试验。对观测试验所获观测资料进行了初步分析,获得了一些有关塔克拉玛干沙漠风沙运动的特征。主要结果为,下垫面状况影响风沙流结构,塔中、若羌0~100 cm高程风沙流结构完全符合指数分布,肖塘则上部偏离指数分布;3地0~100 cm高程风沙流分别有72.4％、47.3%、62.6%的输沙量分布在0~30 cm高程内;3地风沙流输沙的粒径以细沙、极细沙、粉沙为主,其中极细沙可占到输沙量的43.8%~75.5%;风沙流中贴地层风速廓线受风沙相互作用的影响,不再符合对数分布,更加符合幂函数u=azb分布,拟合系数均大于0.93;沙尘撞击颗粒数与2 m高度风速变化趋势一致,塔中、肖塘、若羌3地的临界摩擦速度分别为0.25 m·s-1,0.27 m·s-1,0.21 m·s-1。     

库布齐沙漠110MW光伏基地次生风沙危害的动力学机制

为了解释光伏设施干扰下沙质地表侵蚀堆积的动力机制,在库布齐沙漠110MW光伏电站选取2个断面,利用MetOne 014A/024A型自动风速仪,同步观测了光伏板前后不同位置20、50、100、200cm高度的1min平均风速,分析了光伏板干扰下流场格局变异及其与地表蚀积态势的关系。结果表明:(1)光伏设施强烈干扰流场格局,产生流场分异区:板下集流加速区、板前板后遇阻减速区、板面抬升区和板间恢复区,但光伏基地上风向边缘区域与腹地的流场分布格局存在显著差异;(2)空间流场特征区发育程度所指示的动力分布与地面侵蚀堆积态势基本对应;(3)植被可有效增大地面粗糙度,降低0~50cm近地表过境风速,减缓地表蚀积过程的发生与加剧;(4)光伏板下的集流加速和板前板后的反向涡旋,是塑造地表风蚀沟(坑)及积沙带发育的主要动力。     

不同采收间隔双排油莎豆（Cyperus esculentus）带风场结构与防风效能的模拟研究

油莎豆（Cyperus esculentus）根系发达,具有作为防风固沙作物的巨大潜力。开展不同条带状采收方式下油莎豆带的防风固沙效益研究,对于合理利用油莎豆进行防风固沙具有重要意义。以风洞模拟为手段,分别在6 m·s^-1、8 m·s^-1、10 m·s^-1 3种风速下,对隔一带采收一带（H1）、隔一带采收两带（H2）、隔一带采收三带（H3）3种不同油莎豆采收模型在风洞不同位置的风速进行测定,并对不同模型的流场特征、风速加速率及防风效能进行分析。结果表明：（1） 3种不同油莎豆采收模型中,气流均在近床面内受油莎豆模型阻挡,风速被急剧削减形成一定面积风影区,H2与H3模型的流场结构稳定性、风影区面积均比H1模型高。（2） 随着风速增加,不同模型的防风效能均有所下降。H2与H3模型背风面在不同风速下的平均防风效能没有显著差异,但显著大于H1模型。在采收间距内,H2与H3模型防风效能均>50%,H1模型<40%。（3） 从防风固沙效益及流场稳定性来看,H2与H3模型之间没有显著差异且显著大于H1模型。但从经济效益来看,H2模型采收间距减小,经济效益降低。综合防风固沙的生态效益与获取油莎豆的经济效益来看,H3模型为推荐采收方式。本研究通过对不同油莎豆采收模式的防风固沙效益,为利用油莎豆进行防风固沙提供了指导,并为在干旱半干旱地区推广种植油莎豆,获得更大的生态经济效益提供了理论依据。     

毛乌素沙地光伏电站项目区风速流场及风蚀防治措施

针对毛乌素沙地光伏电站项目,观测项目区的风速、风速廓线及风速流场特征,探讨有效的风蚀防治措施及其合理布局。结果表明:(1)太阳能板的存在使项目区风速流场的空间分布发生了明显变化,显著增加了板间近地面出风口处的风速,降低了板间远地面进风口处的风速,太阳能板间呈现出明显的掏蚀区和堆积区。(2)与项目区外围相比,太阳能板使20 cm及200 cm高度的风速分别降低了44.06%及63.68%。项目区外围及太阳能板正中间风速随高度的增加均呈上升趋势,而且太阳能板间60 cm高度以下风速增加更明显,不利于地表沙土的固定。(3)项目区外围麦草方格沙障、砾石压盖及红泥覆盖均起到一定的固沙作用,其中,以砾石压盖措施的固沙效果最优。(4)太阳能板间,除麦草方格沙障外,其余各措施均能起到固沙作用,其中以掏蚀区+砾石/堆积区+红泥覆盖的组合措施的固沙效果最优。     

不同带宽的防风固沙林流场结构及防风效能风洞实验

林带宽度是防风固沙林建植时要考虑的基本参数,研究不同带宽林带的防护效果对防风固沙林配置及构建具有重要的指导意义。通过风洞模拟实验,在7、10、15 m·s^-1风速条件下,对单行一带（Ⅰ型）、三行一带（Ⅱ型）、六行一带（Ⅲ型）和九行一带（Ⅳ型）共4种带宽的林带的迎风面、带中和背风面的风速进行了测定,分析了4种林带的风速流场、风速加速率和防风效果。结果表明：（1）4种林带流场结构和垂直风速变化规律相似,沿来风向均形成了林带上方和迎风面林缘附近的小范围高风速区及其后的风影区相互组合的流场结构;依据风速垂直变化规律划分为上部变化层（高度30~60 cm,受林带的影响最小）、中间变化层（高度5~20 cm,风速受林冠遮蔽作用,影响最大,且为风影区形成层）和近床面变化层（高度1~3 cm）。（2）4种林带在垂直纵剖面上的平均风速加速率随林带宽度的增大而减小,即Ⅰ型（0.90） > Ⅱ型（0.87） > Ⅲ型（0.79） > Ⅳ型（0.78）。（3）4种林带的防风效果为Ⅰ型和Ⅱ型林带相同,Ⅲ型和Ⅳ型林带相同,后2种林带的防风效果优于前2种林带,且4种林带的防风效能均随着风速的增大而减小。     

小网窄带防护林叠加防风效果风洞实验

小网窄带防护林在干旱区防护林构建中发挥着重要作用,研究小网窄带防护林叠加防风效果对指导防风固沙林空间配置与结构优化具有重要意义。选取两种典型小网窄带防护林网,对连续6个林网叠加的防护林开展基于流场分析防风效果的风洞模拟试验。结果表明:小网窄带防护林叠加后随着林网数量的增加各林网内的风速逐渐减小且在中间林网位置趋于稳定,乔木纯林林网在第3林网基本达到稳定,乔灌混交林网在第2林网达到稳定;两种防护林各林网内风速均符合正态分布特征,风速稳定后多为右偏态高狭峰;16 m·s^-1风速下,乔木纯林网叠加(0~252 cm)的防风效能分布范围为16%~74%,整体在60%防风效能下发挥着良好防风效果,乔灌混交林林网叠加的防风效能分布范围为15%~89%,整体在70%防风效能下发挥着良好防风效果;16 m·s^-1风速下,乔木纯林林网叠加(0~42H,H=6 cm)的风速加速率为0.25~0.94,乔灌混交林林网叠加的风速加速率为0.1~0.94;根据风速加速率的分布特征划分出4个不同的风速分布区,分析还发现灌木对林带枝下高范围的近地层气流影响显著,对削弱近地层风速起到了重要作用。     

不同坡角公路路基流场的风洞实验

根据内蒙古S315一级公路黑风口路段风沙危害现状,基于风洞模拟实验,采用毕托管测定不同坡角路基模型断面的风速,通过对流场分布、风速廓线及风速减弱率的分析探讨沙漠公路风沙危害的形成机理。结果表明：坡角对路基两侧的积沙范围和风蚀强度有重要影响。风速一定时,坡角越大,路基两侧积沙范围越大,与之对应的防护范围也应加大。路基坡角一定时,路基背风侧积沙范围随风速增大整体可能呈扩大趋势,坡角越大,扩大趋势越不明显,导致大量沙粒堆积在背风坡脚附近,这就需在坡角较大的公路背风侧多设置几道阻沙栅栏和固沙方格来降低风速、防治沙害。风沙流对迎风坡脚和迎风坡肩的风蚀作用最强,在实际应用中,应重点对这两个部位进行工程砌护,以防路基塌陷造成交通事故威胁公路安全运营。     

低覆盖度羽翼袋沙障防风积沙效应的风洞试验

羽翼袋沙障是按照底袋固定流沙和袋上的羽翼片在风中波动削弱风速而设计出来的组合沙障，已获得专利授权。本试验针对羽翼袋沙障，在4种风速条件下，模拟了风速流场和阻沙固沙效果。结果表明：（1）与袋状沙障（对照）相比，羽翼袋沙障防风效果平均增加了48%，且风速越大降低风速效果越明显，说明羽翼片的波动能够显著消弱风速。（2）与对照相比，羽翼袋沙障的输沙量分别降低81.44%（翼高10 cm）、88.92%（翼高20 cm）。（3）同样是直径10 cm的袋，翼高20 cm的羽翼袋沙障风蚀量比翼高10 cm的降低风速13.6%，减少风蚀量19%。羽翼袋沙障具备固沙与削弱风速的作用，显著提高沙障的防风固沙效果，为防沙治沙开拓了新途径。     

风沙流输沙通量垂向分布研究 ——以塔克拉玛干沙漠南缘流沙地表风沙流观测为例

 于2010年4—6月在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外缘流沙地进行风速、风向和输沙量同步观测,利用观测到的28组数据对输沙通量的垂向分布进行研究。结果表明,在4.5～8 m·s-1的风速区间内,总输沙率随风速增长速率较慢,大于8  m·s-1时增长迅速。在较小风速时,4个高度层(1 cm、3 cm、9 cm和19 cm)的输沙比率变化不明显,当风速大于6.6 m·s-1时,1 cm和19 cm高度输沙比率的调整较为明显,前者减小而后者增加,中间两层(3 cm、9 cm)则维持一定波动。不同的蚀积条件对于输沙通量的垂向分布具有一定的影响,平均跃移高度则在一定程度上反映了地表沙粒的吹蚀和堆积过程。在4种常见的描述输沙通量垂向分布的模型中,Zingg的修正幂函数具有最好的拟合程度,但反映的风沙流信息最少,简单幂函数的参数包涵了最为丰富的风沙流信息但拟合程度最差,指数函数同时具有较好的拟合程度和参数意义,Fryrear的幂函数则与指数函数恰恰相反。在沙物质以极细沙为主的塔克拉玛干沙漠南缘,指数函数较之简单幂函数能更好地描述该区域输沙通量的垂向分布,验证并补充了风洞实验的结果。综合比较认为,指数函数能更好地描述塔克拉玛干沙漠南缘输沙通量的垂向分布。     

影响生物土壤结皮在沙丘不同地貌部位分布的风因子讨论

 生物土壤结皮广泛分布于干旱和半干旱区,它的形成和发育对荒漠生态系统修复过程产生重要的影响。采用野外观测的方法,测定了固定沙丘纵断面表面气流和生物土壤结皮的发育特征。结果发现,近地表气流在迎风坡坡脚部位最低,丘顶最高,从坡脚到丘顶呈增加的趋势。近地表气流在背风坡中上部急剧下降,中下部位有所增加,到坡脚部位又呈减少的趋势,但后者均远低于丘顶的风速。各观测点不同高度风速放大率不尽相同。生物土壤结皮发育特征的测定结果显示,其厚度、抗剪强度和细颗粒物含量均从沙丘底部向中上部呈减少的趋势,表现出风速较高区域生物土壤结皮的发育程度较低,风速较低区域生物土壤结皮的发育程度较高的特点,说明生物土壤结皮在沙丘不同地貌部位的分布与由地形差异导致的气流变化之间具有密切的关系。