丘间低地不同部位风沙流结构特征

为了研究丘间低地不同部位风沙流结构特征,摸清风沙运动规律,为丘间低地风沙治理提供理论依据,使用阶梯式集沙仪对丘间低地风沙流进行了观测。结果表明,丘间低地不同部位风沙流结构存在明显差异,输沙率随沙源距离的增加而减小,风速越大,差异越明显,沙源丰富度和地形是造成差异的主要原因。在0~80 cm范围内,输沙量与风速呈指数函数关系,输沙率与高度呈幂函数关系。丘间低地风沙流结构特征值λ在沙源不同距离处均大于1,而且随着风速的增加,λ逐渐增加,风沙流趋向于更加不饱和状态。从近沙源处开始往后,λ基本呈增加趋势。     

野外近地表风沙流脉动特征分析

基于风沙流实时测量系统对流沙地表的输沙强度以及不同高度风速进行实时测量所获得的数据,分析野外实际风场中的风沙流脉动特征。结果表明:沙粒的存在削弱平均流场,但对风速的高阶统计矩和分布形式影响不大,不同高度、不同来流平均风速条件下,风沙流中风速仍近似符合高斯分布;瞬时输沙强度服从指数分布,滞后风速约1 s,脉动强烈;30 min输沙强度平均值和脉动标准差均随平均风速的增大而呈幂函数增加,但随风速脉动强度的变化呈先增大后减小的趋势。这意味着脉动风速对输沙率具有重要影响,需要在输沙率预测公式中予以考虑。     

风沙运动的理论模拟和风洞实验对比研究

针对输沙率这一风沙运动的重要问题,在沙坡头野外风洞进行了实验观测,同时建立热对流-扩散作用下的风沙运动多场耦合模型,采用大涡模拟方法对其进行数值模拟研究。通过对比实验观测和理论模拟,结果表明:实验和理论模拟得到的风速和输沙率都比较吻合,风速近似可分为两部分,在35 cm高度以上,风场受沙粒的影响较弱,风速服从对数分布,与净风场一致;在0~35 cm高度区间,受大量跃移运动沙粒的阻滞作用使得风速单调减小,随着风速加强,跃移运动沙粒的数量也在增大,风速梯度逐渐减小。在风沙流发展过程中,开始阶段输沙率随时间呈指数增大,而后逐渐减小,直至达到动态稳定;随着风速加强,输沙率变大,风沙运动达到动态稳定的时间变短。风洞实验和理论模拟的输沙率结果在10 cm以上吻合得很好,但在10 cm以下,风洞实验和理论模拟差别较大。同一风速下,采用最小二乘法对风洞实验和理论模拟的输沙率进行拟合并得到拟合公式:输沙率沿高度呈指数规律递减。同时,在不同风速下对同一高度层输沙率对比分析表明,贴近地表处(0~10 cm)高度层内输沙率随风速增大所占的百分率降低;而在10 cm以上高度层内,随着风速的增大,其输沙率所占总输沙率的百分比却有明显增加。     

晋北沙漠化地区起沙风风况与输沙势

利用10个气象站点2001、2005、2010,2014年风速数据,计算并分析了晋北沙漠化地区起沙风风况及输沙势时空变化。结果表明：研究区年均起沙风频率和起沙风平均风速均为春季最大,冬季次之,夏季最小,各季节和全年年际变化均表现为大致减小趋势;输沙势显示研究区春季处于中风能环境,是最主要的风沙活动期,其他季节和全年整体上均处于低风能环境;春季风能环境总体呈减弱趋势,这可能是导致研究区2000年以来沙漠化逆转的重要因素之一;受地势影响,研究区春季风能环境呈北高南低、东高西低趋势,最高值位于东北部的大同盆地。     

莫高窟顶戈壁偏东风作用下输沙率变化的观测研究

通过一次沙尘暴天气过程对莫高窟顶不同观测点戈壁风沙流结构和输沙率的时空变化特征进行了系统同步观测。观测表明,偏东风条件下,当风速为10 m·s-1时,水平观测方向上存在一个各点输沙率平衡的阶段,即崖顶戈壁至鸣沙山边缘戈壁各观测点的输沙率相当;当风速大于10 m·s-1时,戈壁地表以风蚀搬运作用为主,出现了戈壁向鸣沙山的长距离风沙搬运;当风速小于10 m·s-1时,戈壁沙物质的长距离搬运作用不明显。不同风况及沙源条件下,风沙流结构和输沙特征会发生显著变化。借鉴Lattau输沙率方程,运用风速和输沙率推算各观测点输沙率的时空变化,计算结果表明,在风速为10 m·s-1左右时,窟顶戈壁带的输送效率约为60%。     

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。     

塔克拉玛干沙漠的流场特征与风沙活动强度的关系

近年来, 人们对于塔克拉玛干沙漠的风沙活动方向与活动强度, 以及由此而造成的沙漠化的严重程度争议较大, 特别是在沙漠的南缘和西南缘。本文利用沙漠周围气象站的风向和风速自记记录, 计算了最大可能输沙强度及其合成方向, 并结合该地区不同高度的高空流场资料, 对塔克拉玛干沙漠的风沙活动方向与活动强度进行分析研究, 结果表明: 最大可能输沙强度及其合成方向与沙丘移动方向和强度相当吻合。合成输沙强度的水平梯度是沙漠的形成、分布与演变的充分而必要的条件。特别是对高大复合型的沙丘的形成提供了有说服力的科学依据。     

砾石级沙粒胶结体抗风蚀效益的实验研究

塔克拉玛干沙漠腹地部分垄间地表发育了一种由众多沙粒胶结而成的大颗粒物质,称为沙粒胶结体(sand cemented bodies,缩写为SCB),其直径达到粗沙级、极粗沙级和砾石级。为了研究其对地表风沙活动的影响,本研究以野外采集的砾石级沙粒胶结体(gravel-size sand cemented bodies,缩写为GSSCB)为实验材料,在净风和挟沙风条件下进行了GSSCB覆盖沙面的抗风蚀模拟实验。结果表明:床面的蚀积状态与来流条件、GSSCB覆盖度和风速均有关,净风时所有覆盖度床面均呈风蚀状态,挟沙风时随覆盖度和风速而变化,床面可呈3种状态-风蚀、蚀积平衡、风积;在风蚀状态时,床面风蚀率随覆盖度增大以指数形式降低,随风速增大而以多种函数形式增加,抗风蚀效率随覆盖度增大而逐渐增加,但不同覆盖度范围增加率不同;挟沙风条件下呈蚀积平衡状态时的床面覆盖度临界C_b值与风速大小有关,随风速增加呈幂函数形式增加;在挟沙风条件下,覆盖度大于C_b值时床面呈风积状态,积沙率与风速的关系较为复杂,80%覆盖度床面积沙率随风速增大呈对数形式增加,但40%覆盖度床面积沙率则随风速增加呈指数形式降低。可见,由于与砾石的物理性质相近,GSSCB覆盖确实具有与砾石相类似的抗风蚀效益,并且在一定覆盖度条件下还能捕获风沙流挟沙颗粒。因此,塔克拉玛干沙漠腹地丘间地天然发育的GSSCB对于地表蚀积过程具有重要影响。GSSCB可作为一种新型固沙技术进行开发。     

郝成元, 吴绍洪, 杨勤业

 依据野外调查和遥感动态监测结果,对毛乌素地区的土地利用与沙漠化过程的发展及其防治进行了研究。结果表明,该地区20世纪80年代中期和90年代末轻度以上沙漠化土地面积分别占土地总面积的85.98%和86.07%,沙漠化土地的总面积略有增加,总体趋于稳定;但沙漠化程度加重,重度以上的沙漠化土地面积在总土地面积中增加了3.6%;沙漠化发展的重要原因之一就是人类不合理的土地利用方式。不合理土地利用方式及土地利用方式的改变,使以风沙活动为主导外营力的沙漠化过程得以发展。最后,根据毛乌素地区沙漠化过程与土地利用之关系,提出了研究区防治土地沙漠化应调整农业结构和土地利用方式的建议。     

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。     

浑善达克沙地的土地沙漠化过程研究

借助TM/ETM＋影像和GIS平台,采用实地考察与野外实验和室内分析整理相结合的办法,对浑善达克沙地土地沙漠化过程进行了初步研究。结果表明,过去50 a来,浑善达克沙地经历了强烈的沙漠化发展。位于沙地中部正蓝旗的沙漠化土地从1987年的5 593.8 km²发展到2000年的6 015.3 km²,发展速率为32.4 km²·a^-1。2000年紧急启动的风沙源治理工程,一定程度改善了当地沙漠化发展态势,2005年正蓝旗共有沙漠化土地5 950.4 km²,有约330.7 km²的严重沙漠化土地得到了控制和逆转。其他大部分沙漠化土地虽有不同程度改善,但5 a的时间里尚未发生质的变化。沙漠化过程是原生植被逐步被沙生植被和沙生先锋植被取代的过程;同时也是土壤粗化、贫瘠化和空间重新分布过程。随着土地沙漠化程度的加剧,起沙风速降低,输沙强度增大,沙地近地表表现出相对高风能环境。沙漠化过程以固定沙丘活化为主,主要有发育“马蹄形”风蚀洼地、“鱼钩”型沙丘和“串珠状”风蚀槽三种沙丘活化形式,最终导致景观支离破碎、不少地区出现了流沙连片的现象。同时,农田开垦引起土壤风蚀的危险,也不容忽视。     

30多年来呼伦贝尔草原沙漠化的演变特点及防治对策研究

采用遥感技术与野外调查相结合的方法,通过3个典型小区对呼伦贝尔草原30多年来的沙漠化演变特点进行了系统研究。结果表明:该区的樟子松林区发生着强烈的沙漠化逆转,许多地段已转变为非沙漠化土地;其它地区除部分地段由于人类的积极治理而发生沙漠化逆转外,仍处于不断发展的过程中。因此,对于樟子松天然分布区,可充分利用樟子松的优良防风固沙特性和较强的扩展能力来防治沙漠化,而对其它地区则应以封育为主,加强人工抚育和草原建设。     

青海湖东岸沙地风沙活动特征

风况、输沙势和输沙量是评价区域风沙活动特征的重要指标。以青海湖东岸的克土沙区为研究区域,利用2013-2014年和2016-2017年风速风向数据及全方位集沙仪的集沙数据,比较分析本区的风沙活动特征。结果表明：（1）2013-2014年,研究区平均风速为2.79 m·s^-1,起沙风出现频率为6.76%;2016-2017年,研究区平均风速为2.63 m·s^-1,起沙风出现频率为6.13%;（2）起沙风风向均以WSW-WNW和ESE-SSE两个方向为主,偏西方向的起沙风增加而东南方向起沙风减少;（3）输沙势季节变化特征基本一致,均表现为春季输沙势最大,夏季输沙势最小;从输沙势年变化趋势来看,本区总体上属于低风能环境;（4）输沙量差异显著,2016-2017年观测点的输沙量比2013-2014年少77.18 kg,但输沙量分布的方向基本一致。植被盖度增加是输沙量减少的主要原因。     

现代草地沙漠化中自然因素贡献率的确定方法

基于草地沙漠化发展过程中流沙面积变化模型和植被盖度变化模型,结合沙漠化监测资料,提出了一种定量确定自然因素在沙漠化中贡献率的方法,从而也可以间接地推算人为因素在沙漠化中的贡献率。以内蒙古奈曼旗现代草地沙漠化为例对模型进行了应用,效果良好,并发现人类活动停止后,如果随后不出现持续的干旱年份,沙漠化所造成的流沙一般经过4~5 a的时间就会自然消失,说明在计算时段内草地沙漠化中自然因素的贡献率为零。     

坝上地区现代沙漠化土地的形成及其整治途径

本文对河北坝上沙漠化土地的形成及特点作了初步的分析。认为,坝上沙漠化土地的形成主要是近30年来人类在干旱多风的自然条件下,大量开垦沙质草原引起强烈风蚀所致。沙漠化的主要特点是分布范围广,处于正在发展中和旱作农业风蚀。本文最后提出了坝上地区只有实行"以牧为主",退耕还牧,退耕还林;建立防护林体系以及林、草、田间作;种树种草、恢复植被,改善环境,才是坝上整治沙漠化的根本途径.     

东北平原西部沙地近10年的沙质荒漠化

东北平原西部沙地位于欧亚大陆中纬度巨型沙带的东部边缘，为我国沙质荒漠化土地的东缘，是我国自然环境最好的沙区，随着经济的发展，生态环境遭到严重破坏，沙质荒漠化景观日益明显，尤其是南部的科尔沁沙地，沙质荒漠化已十分严重，已经超过与其相邻的西部环境条件更差的沙区，利用RS和GIS，根据NOAA/AVHRR数据建立的沙质荒漠化监测指标，对东北平原西部沙地沙质荒膜化现代过程进行了动态监测，在此基础上利用TM数据对沙质荒漠化的发展方式与成因进行了深入的探讨，并有针对性地提出了区域沙质荒漠化的防治对策。     

宁夏地区土地沙漠化特征及其防治

宁夏地区,是我国土地沙漠化较为严重的地区之一。土地沙漠化问题已威胁着整个中部地区,而且有向东部发展的趋势。正是由于这种原因,近期在宁夏的中部和南部生产条件越来越恶化,农牧业生产越来越不稳定,人民的生活水平也总是难以提高。在北部银川平原,固然有黄河水可供灌溉,解放以后三十年来,灌区有所扩大和巩固。但由于平原两侧沙漠化的发展,一方面对灌区内部农田有所影响,更重要的是妨碍了灌区的进一步扩大和发展。为了正确的认识这个问题,我们从1976年开始,在盐池地区作了一些调查和定点观测。1980年又对全自治区进行了调查。     

陕北农牧交错带沙漠化土地时空变化特征分析

利用1986年、1993年及2003年3期Landsat TM遥感影像,在建立目视解译标志的基础上,借助地理信息系统技术,对陕北农牧交错带1986—2003年土地沙漠化时空动态变化特征进行分析。结果表明:陕北农牧交错带沙漠化土地重心整体向东北方向偏移了11 843.43 m,面积减少了206 655.21 hm2,表明该区沙漠化面积扩大的态势得以控制并趋于减少;沙漠化程度明显减轻,严重、重度沙漠化土地面积逐渐减少,转化为中度和轻度沙漠化,但在区域气候趋于暖干的情况下,面临着沙漠化发展的潜在危险;同时,近17 a来有近291 826.1 hm2非沙漠化土地变为沙漠化土地,沙漠化速度为17 166.2 hm2·a-1,以草地、耕地、林地等土地沙化现象较严重,土地沙漠化的形势仍然较严峻。     

新疆策勒沙漠—绿洲过渡带水平输沙通量

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带的天然植被对绿洲内部的农田起到了很好的保护作用,具有良好的防风阻沙效益。对策勒沙漠-绿洲过渡带的流沙地、半固定沙地、固定沙地的水平输沙通量和风速进行了分析。结果表明：（1）近地表的输沙通量和平均风速从流沙地至半固定、固定沙地大幅度地减少。在0～202.5 cm高度范围,半固定沙地、固定沙地水平输沙通量相比流沙地分别少了56.91%、90.23%;在0～70 cm高度范围内,输沙通量分别少了85.31%、99.55%;（2）平均风速越大,半固定沙地、固定沙地相比流沙地的输沙通量减少得愈多,流沙地、半固定沙地、固定沙地近地表输沙通量与平均风速分别服从指数、线性和多项式函数关系;（3）策勒沙漠-绿洲过渡带的有效宽度不小于1.74 km,才能保护绿洲免受风沙危害。     

中国北方沙漠化现状及发展趋势

通过研究,对中国北方沙漠化的现状及趋势得出如下结论:(1)中国北方沙漠化土地的面积为33.4万平方公里,其中已经沙漠化了的土地为17.6万平方公里,潜在沙漠化土地为15.8万平方公里。在已经沙漠化的土地中,属于沙质草原沙漠化发展的土地占42.2%,固定沙丘活化的占52.2%,沙丘前移入侵的占5.5%。(2)按其成因来看,以草原过度农垦为主的占25.4%,以过度放牧为主的占28.3%,以过度樵柴为主的占31.8%,其他则系水资源利用不当和工矿交通建设破坏植被所形成,风力作用下沙丘前移所形成的沙漠化土地仅占5.5%,可见在沙质地表和干旱多风气候条件下沙漠化发展的主要因素是人为作用,因此,调整现有土地利用结构,合理利用资源便是防止沙漠化发展的基本途径.(3)从沙漠化发展程度来看,在已经沙漠化的土地中严重沙漠化土地占19.3%,强烈发展中的沙漠化土地占34.7%,正在发展中的沙漠化土地占46.0%。特别是农牧交错的草原农垦区沙漠化的发展大部分是在50年代以来所形成,更应引起注意.(4)从发展趋势来看,根据50年代末与70年代末航空相片的对比分析,25年来沙漠化土地增加了3.9万平方公里,平均每年扩大1,560平方公里,这些扩大的土地是沙质草原的农垦和固定沙地农垦、樵采及过牧所引起的沙丘活化。