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。     

不同结构林带防风效能风洞模拟

防风林带结构是影响防风效能的主要因素。建立不同宽度、不同株行距林带防风效能与林带后距离之间的统计模型,可以为防风林建设提供指导性意见。通过风洞实验,在11 m·s^-1风速下,对4种宽度、5种株行距林带的背风面0~10H（H为林带高度）的风速进行测定,采用曲线参数估计法、傅立叶模型、SSF模型（Sum of Sin Functions）,构建了不同结构林带防风效能与林带后距离间的统计模型。结果表明：傅立叶模型拟合不同宽度林带的防风效能与林带后距离的关系效果最优,可决系数（R²）均在98%以上;SSF模型拟合不同株行距林带的防风效能与林带后距离的关系效果最优（R²>0.98）。根据构建的统计模型,风速为11 m·s^-1左右时,林带宽度8 m（两行一带）的防风林的防风效能存在明显优势;5种株行距的林带中,株行距为8 m×8 m的防风林带本试验条件下防风效果最好。     

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。     

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。     

荒漠草原带沙源及灌丛对灌丛沙堆形态的影响

灌丛沙堆是干旱区一种典型的景观类型,经常出现在靠近流沙地带。在地处荒漠草原带的宁夏盐池北部的流沙边缘就发育有典型的白刺(Nitraria tangutorum)灌丛沙堆。本文对不同沙源距离和灌丛生长状况下的白刺灌丛沙堆形态特征进行了研究。结果表明:荒漠草原带白刺灌丛沙堆的高度0.2～4.8 m,90.05%的高度小于3.0 m;体积0.11～805.17 m³,6.08%的体积小于150 m³;面积0.86～333.3 m²,72.26%的小于50 m²。灌丛沙堆长轴长和短轴长、高度和面积、高度和体积、面积和体积间都存在很好的幂函数关系,随着灌丛沙堆高度的增加,其面积和体积也增加。沙源对白刺灌丛沙堆的分布特征有显著影响,灌丛沙堆的高度、面积和体积和沙源距离都有很好的抛物线形关系。白刺灌丛的生长状况对灌丛沙堆的形态特征也有明显的影响,即白刺灌丛生长状况越好,灌丛沙堆的高度、面积和体积也增大。     

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。     

青海湖克土沙地沙棘林的防风固沙机制与效益

沙棘造林是青海湖克土沙地主要治沙措施,通过改变风速廓线垂向风速增加幅度、增加地表粗糙度和改变风沙流结构的机制实现沙棘林的防风固沙效益。根据2010-2012年连续3 a的沙棘沙丘与流动沙丘的春季风沙观测和植被调查,沙棘沙丘的风速廓线对数递增规律、输沙量和沙粒粒径的指数递减规律均被破坏;2012年沙棘沙丘在1 m高度以下的防风作用增加到22.75%,总体固沙效益较2010年增加近10%;同时,沙棘林的防风固沙效益随着风速增大而减弱,随植株高度与冠幅增加而增强。综合风沙防护机制与效益,沙棘造林技术在克土沙地以及整个高寒沙地生态治理中极具推广意义。     

HDPE功能性固沙障防风效应试验

根据仿生学原理,按照普遍使用并取得显著防护效益的草方格上疏下密式孔隙结构,采用抗紫外线性能强、耐极端气温和抗老化性强的HDPE材料制作出相似孔隙结构的功能性固沙障。通过风洞模拟试验,对比分析HDPE均一型与功能性固沙障的防风效应。结果表明：（1）均一型和功能性固沙障的有效防护距离随着风速的增大呈现指数衰减。（2）在低风速（<14 m·s^-1）条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障大;而在高风速（>14 m·s^-1）条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障小。无论风速大小,功能性固沙障网间的有效防护距离都远大于均一型。（3）均一型和功能性防沙网均可用于替代传统的防沙材料,具有极大的应用价值和推广前景。功能性防沙网适宜作较矮的半隐蔽式格状沙障,而均一型防沙网更适宜作高立式阻沙沙障。     

低空遥感结合卫星影像的河道流量反演

中小型河流的径流量精准监测对干旱区生态稳定具有重要意义。然而中小型河流流量遥感精准反演存在困难。以新疆尼勒克县境内的喀什河种峰场河段为例,基于关系拟合法,依据实测水文数据、无人机数据和卫星数据,构建河宽、水深与流量之间幂函数关系模型,并利用卫星数据的时序性,反演监测河段24次不同时期的径流量。反演结果表明：当径流量为0～50 m³·s^-1和50～100 m³·s^-1时,基于河宽的水力几何形态径流量反演效果最优,均方根误差(RMSE)分别为7.15 m³·s^-1和2.81 m³·s^-1;当径流量为100～200 m³·s^-1和>200 m³·s^-1时,基于水深和河宽的水力几何形态径流量反演效果最佳,RMSE分别为13.37 m³·s^-1和1.06 m³·s<...     

两种尺寸蒸渗计测量实际蒸散差异性试验研究

利用试验资料,对蒸散面积2 m²和4 m²两种尺寸蒸渗计测量蒸散量的差异及原因进行了研究。结果表明：2 m²蒸渗计与4 m²蒸渗计所测蒸散量具有很好的一致性,但2 m²蒸渗计所测蒸散量总体要略偏大,日蒸散量平均偏大4%,月蒸散量平均偏大10%,年蒸散量相对偏大5%;典型天气条件下,2 m²蒸渗计和4 m²蒸渗计所测蒸散量的日变化过程基本相同,小时蒸散量的差异表现为晴天时白天显著偏大、夜晚略有偏小,阴天时白天略偏大、夜晚较接近,雨天时白天、夜晚均非常接近的特征。晴天和阴天时,2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量日蒸散量分别偏大1.78 mm和0.12 mm,雨天时偏小0.11 mm;2 m²蒸渗计比4 m²蒸渗计测量蒸散量总体偏大的原因,主要是2 m²蒸渗计土壤温度显著高于4 m²蒸渗计和建造时间不同导致土体内部土壤湿度产生差异。     

基于COSI-Corr技术的龙羊峡库区1987—2019年风沙输移特征及潜在入库量估算

风沙活动威胁着龙羊峡水库的安全运营,查清沙害来源和入库量对于防治水患和沙害具有重要意义。基于1987、1995、2003、2013、2019年的Landsat卫星影像,利用COSI-Corr技术监测了龙羊峡库区不同时空的沙丘移动特征,并重新评估库区近32 a的潜在风沙入库量。结果显示：（1）1987—2019年龙羊峡库区沙丘平均移动速率为5.81 m·a^-1,呈先加速（1987—2003年）后减速（2003—2013年）再加速（2013—2019年）趋势;沙丘移动方向在132.81°—165.82°范围内,与该区主风向一致。（2）近32 a向龙羊峡水库输送的潜在风沙量可达7.82×10⁷ m3（1.20×10⁸ t）。上风向塔拉滩潜在输送量为7.38×10⁷ m3（1.14×10⁸ t）,下风向木格滩仅贡献了0.44×10⁷ m3（0.68×10⁷ t）。（3）库区内风沙输移受风况、气候、植被等多种因素的影响,在未来全球变暖条件下,青藏高原的风沙活动将会持续发展,风沙入库量的长期累计效应将对水库安全构成严重威胁,必须引起足够重视。     

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。     

辽西北风沙地不同林草措施土壤水文效应研究

选取辽西北沙地典型农牧交错地带为研究区域,以荒草地作为对照,研究樟子松林地、杨树林地、灌木林地、人工草地4种植被恢复措施下0~100 cm土层内土壤容重、孔隙度、蓄水能力和土壤饱和导水率（K_fs）等土壤水分物理性质的变化特征。结果表明：杨树林地表层土壤容重最小,其次是灌木林地、樟子松林地、人工草地,荒草地最大;随土层的递增,土壤容重均表现出增大的趋势。各样地土壤毛管孔隙度随着土壤深度的增加均呈现出明显的下降趋势,与土壤容重呈显著负相关关系（p=-0.583^*,n=5）。不同植被恢复措施土壤蓄水容量具有一定差异,其范围在3 761.59~4 366.94 t·hm^-2之间,其中蓄水容量最高的是杨树林地,达到了4 366.94 t·hm^-2,蓄水容量最低的是荒草地,为3 761.59 t·hm^-2。不同植被恢复措施有效蓄容位于1 315.50~2 047.62 t·hm^-2之间,其中以杨树林地最大,樟子松林地最小。5种沙地类型K_fs排序为灌木林地（2.49 mm·min^-1）>人工草地（1.81 mm·min^-1）>荒草地（1.73 mm·min^-1）>樟子松林地（1.61 mm·min^-1）>杨树林地（1.44 mm·min^-1）,人工草地和荒草地的K_fs随土层增加先减小后增大,樟子松林地、杨树林地和灌木林地先增大后减小。该地区林木恢复措施效果优于草地,应着重发展林木恢复措施。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

新疆策勒沙漠-荒漠-绿洲典型下垫面小气候空间变化分析

利用从2010年8月1日至2011年6月30日新疆策勒绿洲-荒漠过渡带及绿洲内部4个观测点的风速、大气相对湿度（RH）、温度、太阳辐射能、光合有效辐射（PAR）同步观测资料,分析了小气候差异并初步探讨产生差异的原因。结果表明：不同空间的下垫面性质对小气候影响明显不同。在8月,半固定沙地、固定沙地和绿洲内部与流沙地前沿相比,日平均风速在2 m高处分别依次降低了42.69%、50.71%和94.32%,日平均风速在10 m高处分别依次降低了7.94%、13.66%和59.59%,这表明植被覆盖度越大,防风阻沙效果越好。夏季植被能够降温增湿,冬季12月份,绿洲内部在0.5 m高处日平均温度依次高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.47℃、1.20℃、2.74℃。4个下垫面的PAR与太阳辐射能变化趋势基本一致,绿洲内部的PAR值相对最小,太阳辐射能在6月达到最高值。夏季晴天在20:00~09:00左右近地表层会出现逆温现象。冬季晴天白天午后易出现大于起沙风的阵风,从流沙前沿到绿洲内部气温逐渐升高,大气相对湿度先逐渐降低后增大。     

科尔沁沙地春季冷锋过境的地面风况特征

对13个气象台站2014年5月上旬逐时风况的分析发现：（1）受高空槽和地面低压的影响,科尔沁沙地冷锋过境时瞬时风速8h内快速增加到10m·5s^-1以上,风向转为西北风;（2）上风向锡林郭勒草原的冷锋推进速度约为12.5m·5s^-1,科尔沁沙地主体部分则降到9.21m·5s^-1,总体推进速度因地而异;（3）风速的功率谱以大兴安岭东麓的林西县幅值最大,科尔沁左翼后旗最小;（4）沙地和草原两地区分别存在区域性10h、25h和2h、4h周期性,而冷锋过境引起的强风周期性不明显;（5）常年稳定而频繁的冷锋过境,不仅造成了沙丘的形态变化和不同程度的位移,而且还塑造和维持着该区沙丘群的多种空间格局。     

巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面近地层湍流强度和陆面过程特征

利用巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流沙下垫面2013年7、10月和2014年1、4月的湍流通量资料,计算并分析了研究区近地层湍流强度,同时针对风速分量、温度、水汽和CO₂归一化标准差随稳定度的变化关系和总体输送系数等陆面过程特征进行分析。结果表明：（1）风速各分量的湍流强度均随风速的增加逐渐减小,风速处于2 m·s^-1以下时湍流发展最为旺盛。湍流强度主要由水平方向风速分量决定,垂直方向风速的作用较小,且近中性和不稳定层结利于湍流的发展。与其他地区相比,平坦且没有建筑物的沙漠地区,机械湍流较弱,湍流强度相应较小。（2）风速各分量的归一化标准差与稳定度（z/L）均满足1/3次方函数规律,其中垂直方向风速分量的拟合曲线方程较好。（3）动量输送系数C_d具有明显的夏季高、冬季低的变化状态且各月的日变化形态均呈夜间低、日间高的循环形态。热量输送系数C_h的不同月份日变化间并没有明显的排列次序,且日出日落前后具有明显的波动。不稳定层结时,C_d和C_h均随风速的增加逐渐减小;稳定层结时,C_d和C_h均随着风速的增加逐渐上升。