半湿润地区风沙流结构的定量研究：以豫北沙地为例

暖温带半湿润地区豫北沙地相同下垫面不同风速下0—20cm高度内总输沙量随2米高处风速增大而增加:Q_(0—20)=7.488002—3.045697V 0.309797V~2;输沙率Q_L随2米高处风速增大而以Q_L=3.743841—1.5228816V 0.153897V~2,函数形式增加。上层(4—20cm)、中层(2—4cm)、下层(0—2cm)输沙量随2米高处风速增大而以不同函数形式增加,各层占输沙量百分数随2米高风速增大分别成增加、波动、减小趋势;各层输沙量随总输沙量增加而以不同函数形式增大。观测结果表明:半湿润地区豫北沙地0—20cm高度内风沙流中10％输沙量在4—7cm范围内随风速大小变动。     

海岸横向沙脊表面风沙流结构的野外观测研究

选择中国规模最大、形态最为典型的河北昌黎黄金海岸的横向沙脊,采用野外梯度风速仪和平口式积沙仪对其顶部的风沙流结构进行了观测.观测结果表明,海岸横向沙脊表面的风沙流结构特征基本表现为0～40 cm高程内气流搬运的沙尘物质浓度或质量随高度递减并符合指数分布,20～60 cm高程内符合幂函数分布,40～60 cm高程内输沙量与高度之间则为多项式函数关系.同时,海岸横向沙脊表面的风沙流结构受风速与总输沙量的影响较大,随风速增大或总输沙量的增加,风沙流下层输沙量相对减少、上层则相应增加.     

乌兰布和沙区风沙运移特征分析

在国家林业局磴口荒漠生态站长期监测基础上,通过野外实时输沙观测,对乌兰布和沙区地表风沙活动特征进行了分析,结果表明:(1)乌兰布和沙区主害风向为NW-WNW,占全年起沙风频率的53.56%,起沙风以7~9 m·s-1为主,占全年起沙风频率的67.64%;3~4月、11~12月风沙活动最为强烈,分别占全年起沙风持续时间的33.78%和25.36%;(2)风沙流主要由0.25~0.05 mm细沙和极细沙构成,100 cm高度范围内,输沙总量的70.7%分布在10 cm高度内,90.0%分布在30 cm高度内,随高度增加,输沙率呈负幂函数规律衰减,由此可见,该地区的风沙活动主要集中在近地面30 cm高度范围内;(3)理论上,跃移输沙的空间分布与起沙风风向频率分布应基本一致,差异主要由各方位风的强度及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。     

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。     

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。     

新月形沙丘脊线处的风沙流结构

分析流动沙丘脊线处的风沙流结构对认识其形态-动力学过程至关重要，进而为干旱区绿洲保护和生态重建提供基础数据支撑和理论依据。利用传统的被动式集沙仪，分别对正风向与反风向情况下新月形沙丘脊线附近0~60 cm高度内的风沙运动进行观测，通过函数拟合方法分析风沙流结构。结果表明：正风向时，输沙量随高度增加符合幂函数递减的规律，气流对沙物质的输运集中在近地表30 cm高度内；反风向时，输沙量随着高度的增加先增加后减少，变化趋势近似符合双高斯函数，气流含沙量在30~50 cm高度内最多。     

海岸风沙流中不同粒径组沙粒的垂向分布模式

通过对河北昌黎黄金海岸沙丘风沙流的野外实地观测与室内风洞模拟实验数据的数值模拟,探讨了我国典型海岸沙丘风沙流中不同粒径组沙粒输沙量的垂向分布模式。结果表明,河北昌黎黄金海岸沙丘表面风沙流中不同粒径组沙粒输沙量的垂向分布特征并不一致,其中细沙和中沙符合典型的指数递减分布规律,但粗沙则为负幂函数分布。究其原因,主要与不同粒径组沙粒输沙量的分布高度及运动方式差异有关。在实际非均匀沙床面上,粗沙主要集中分布于沙丘表面4cm高度内湍流发育的近地表层,运动方式以蠕移为主,沙丘表面湍流的主导作用使其输沙量随高度的变化满足负幂律关系,但中沙和细沙则以跃移运动为主,跃移沙粒输沙量的垂向分布呈现指数递减特征。     

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。     

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。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

塔克拉玛干沙漠腹地垄间沙粒胶结体的基本特性及研究价值

在塔克拉玛干沙漠腹地的部分垄间平沙地中,天然分布有一种特殊物质——沙粒胶结体,其与地表的粗沙和极粗沙呈复区分布,共同构成了覆盖沙面的大颗粒层。实地调查和取样分析表明:沙粒胶结体直径不一,能达到粗沙级、极粗沙级和砾石级(细粒和中砾),最大可达23.5 mm;颗粒形状不规则,质地较硬,手捏不碎;密度为2.51 g·cm^-3,略小于砾石和当地沙丘沙;可溶物的pH值呈中性,电导率2.56 mS·cm^-1,主要成分为CaSO₄。砾石尺度的沙粒胶结体在地表的分布密度可达807粒·m^-2,覆盖度2%~3%,由于其尺度和密度与砾石接近,它也应具有与砾石类似的风沙效应。沙粒胶结体也是一种天然固沙材料,研究其形成机制有助于开发新型固沙技术和固沙产品;沙粒胶结体可以抑制沙面风蚀、调节风沙流输沙强度、影响沙丘形态演变,探讨其风沙效应有助于深入认识塔克拉玛干沙漠垄间地的沙面稳定机制。沙粒胶结体的形成应与特殊的地质历史环境背景有关,可以作为沙漠地区历史时期气候变化的一个证据。因此,沙粒胶结体在防沙治沙技术开发、沙漠地区特殊下垫面风沙运动过程、沙漠环境形成演变等方面具有重要的研究价值,值得今后进行深入研究。     

塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究进展

作为中国最大的沙漠和世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠是中国主要沙尘暴中心和黄土沉积的物源区之一,在中国北方乃至欧亚大陆自然环境和生态格局中具有重要影响,研究塔克拉玛干沙漠地区的沙尘暴具有十分重要的理论与实践意义。本文综述了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴过程及数值模拟预报研究的主要进展,阐明了沙尘暴的成因,进而总结了沙尘暴孕育发展的主要特征,提出了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究中亟待解决的科学问题。     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。     

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。     

极端干旱沙漠中无沙埋干扰时几种固沙植物栽植试验研究

沙埋干扰是沙漠地区乡土植物生存繁殖的必要条件。在塔克拉玛干沙漠腹地,无沙埋干扰地段大多是高矿化度地下水埋深较浅的地段,这些地段盐渍化较重。7a定点观测和试验表明,塔里木沙漠公路沿线丘间地栽植固沙植物逐渐死亡的主要因素不是沙层水分和沙层盐分,而是高矿化度地下水埋深太浅(0.8~1.0 m),即这类地段植物死亡的原因主要是由于植物长期吸收高矿化度地下水使得体内盐分积聚过多无法调节而造成的。因此,在干旱区高矿化度地下水埋深太浅的地段,无沙埋干扰时建立固沙植被应谨慎。     

塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

塔克拉玛干沙漠高大复合纵向沙垄区路面沙害情势的变化特征

为了探讨机械防护体系人工防护工作停止后,公路路面沙害的形成和发育过程,分别于2003年和2007年对塔中地区一段井场路的路面沙害进行了实地测量和卫片室内量测,研究发现在塔克拉玛干沙漠公路复合型纵向沙垄区段,公路芦苇机械防沙体系极度衰竭后,路面沙害情势变化呈现一定的规律性:(1)2003年-2007年四年间公路沙害发展迅速,路面沙害程度进一步加重.路面沙害路段长度以年均2%的比例增加,沙害路段数也快速增加;路面沙害面积以每年平均10%的面积比例快速发展;沙丘前移压埋类型发展速度明显高于积沙类型.(2)沙垄区路面沙害发生频率和路面沙害程度的发展速率要远高于垄间区,在沙垄区次级地貌单元中,垄顶>背风坡>迎风坡;各地貌部位的沙丘前移压埋类型发展速率高于积沙类型.(3)路风夹角在83°～89°之间的路段沙害演化速率最大,其他小夹角沙害演化规律不明显;路面沙害强度的发展速率与路风夹角的关系不明显.     

我国沙漠地区潜水氟的分布、成因及演变

本文探讨了沙漠地区潜水中氟的分布、成因、迁移及演变,研究得出不同于砾漠和粘漠,氟是沙漠潜水的标型元素,是沙漠形成和上地沙化的产物。     

塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站与周边3个气象站2000—2014年的气象观测资料,分析沙漠腹地近15 a降水量的年、季、月分布及变化特征,并与同期沙漠周边地区资料进行对比分析。结果表明：塔克拉玛干沙漠腹地近15 a年平均降水量为26.0 mm,比周边同期平均少37.3%,但降水稳定性高于周边各站;塔克拉玛干沙漠腹地降水的年、季、月分布与沙漠周边各站基本保持一致,夏季降水占总降水量的69.3%,且逐年有所增加,对全年降水量的变化贡献最大;沙漠腹地月降水量分布极不均匀,6月降水量最大,占全年降水的41.6%,2月和3月降水量最少,仅占全年的0.7%,降水最多月是最少月近60倍;水汽压在沙漠腹地相对不稳定,但相对湿度相对较稳定;沙漠腹地最长连续降水日年平均2.9 d,最长无降水日数年平均96 d,最长连续无降水日数呈逐年上升趋势。