植被盖度对沙丘风沙流结构及风蚀量的影响

以科尔沁沙地不同植被盖度沙丘为研究对象，采用野外可移动风洞进行原位测试，开展了沙丘植被盖度对风沙流输沙率影响的研究，探讨了地表风蚀量与风速及植被盖度的关系。结果表明：空气动力学粗糙度随植被盖度增加先平缓后剧烈，与植被盖度相关关系呈三次函数增长。在各植被盖度下各层输沙率均随高度增加而递减，随风速增加而递增。同一植被盖度下风蚀量随风速增加而增大，符合幂函数或二次函数关系，但二次函数相关性更高。同一风速下风蚀量随植被盖度的增加呈阶梯式降低，在盖度小于27%时风蚀量平缓下降，盖度27%~43%时风蚀量急剧下降，盖度43%以上时风蚀量下降重新趋于平缓。相对截留率随风速增大而减小，随植被盖度增加而增大，沙丘草本植被盖度43%以上时具有较好的防风固沙效果，此时平均截留率达88.02%。     

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。     

不同下垫面沙通量估算——以策勒绿洲—沙漠过渡带为例北大核心CSCD

通过对研究区域风速和沙通量的实测数据,分析了策勒绿洲—沙漠过渡带上流动沙地、半流动沙地和固定沙地下垫面风沙活动参数,并进行了不同下垫面模型的推导与验证。研究结果表明:(1)空气动力学粗糙度受到地表植被盖度和风速的共同影响,流动沙漠起沙后,空气动力学粗糙度随风速的增大而升高,半流动沙漠和固定沙漠空气动力学粗糙度随风速的增大而降低,空气动力学粗糙度随地表植被盖度和植被高度等的增大而升高。(2)策勒绿洲—沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠、固定沙漠的沙通量模型利用Bagnold模型与实际沙通量校正后确定,流动沙漠、半固定沙漠、固定沙漠的幂值分别为3.65、3.57、2.92,B值分别为4.33×10^(-11)、6.27×10^(-11)、2.61×10^(-9)。(3)2014年3~9月,策勒绿洲沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠(植被盖度约为10%)、固定沙漠(植被盖度约为40%)的输沙通量分别为5 679.4 kg·m^(-1)、1 033 kg·m^(-1)和176.2 kg·m^(-1),植被对下垫面沙通量的影响显著,半流动沙漠的沙通量为流动沙漠的18.2%,固定沙漠沙通量占流动沙漠沙通量的3%。     

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。     

不同下垫面沙通量估算——以策勒绿洲—沙漠过渡带为例

通过对研究区域风速和沙通量的实测数据,分析了策勒绿洲—沙漠过渡带上流动沙地、半流动沙地和固定沙地下垫面风沙活动参数,并进行了不同下垫面模型的推导与验证。研究结果表明:(1)空气动力学粗糙度受到地表植被盖度和风速的共同影响,流动沙漠起沙后,空气动力学粗糙度随风速的增大而升高,半流动沙漠和固定沙漠空气动力学粗糙度随风速的增大而降低,空气动力学粗糙度随地表植被盖度和植被高度等的增大而升高。(2)策勒绿洲—沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠、固定沙漠的沙通量模型利用Bagnold模型与实际沙通量校正后确定,流动沙漠、半固定沙漠、固定沙漠的幂值分别为3.65、3.57、2.92,B值分别为4.33×10~(-11)、6.27×10~(-11)、2.61×10~(-9)。(3)2014年3~9月,策勒绿洲沙漠过渡带流动沙漠、半流动沙漠(植被盖度约为10%)、固定沙漠(植被盖度约为40%)的输沙通量分别为5 679.4 kg·m~(-1)、1 033 kg·m~(-1)和176.2 kg·m~(-1),植被对下垫面沙通量的影响显著,半流动沙漠的沙通量为流动沙漠的18.2%,固定沙漠沙通量占流动沙漠沙通量的3%。     

乌兰布和沙漠周边典型植物群落防风阻沙效果北大核心CSCD

为揭示荒漠生态系统典型群落样地对近地层风沙活动规律,阐明荒漠生态系统中不同植被类型的防风阻沙效果,在乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带选择油蒿(Artemisia ordosica)、霸王(Sarcozygium xanthoxylon)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、四合木(Tetraena mongolica)4种典型植物群落,以裸沙丘作为对照样地(CK)开展群落风沙活动观测研究。结果表明:群落内风速廓线符合对数分布规律;相对于裸沙丘地,4个样地的地表粗糙度显著增加,防风效果随距地高度增加而减小;在植物高度范围内,植物防风效果较好,植物高度范围外的防风效果减小,但仍有一定防风作用。植被的防风阻沙效果差异性来源于植被构型的差异。群落样地的输沙率符合指数Q=a+e^(bH)(a>0,b<0),且显著小于对照样地,植被可以有效减少近地表层输沙。4种群落距地面0—100 cm高度范围阻沙效果梭梭>霸王>四合木>油蒿。植被的防风固沙效果与植被高度、盖度和侧盖度线性关系显著。群落高度、盖度和侧盖度作为植物构型量化的一种形式,在其中起到关键作用。油蒿、霸王、梭梭及四合木群落在该地区具有良好的防风阻沙效果。     

毛乌素沙地南缘半固定沙丘风沙输移物特征

通过连续动态观测,获取毛乌素沙地南缘典型半固定沙丘表面风沙输移物,测量了风沙活动中不同沙丘部位的风蚀深度,并对风沙输移物及其养分进行了初步分析。结果表明:风沙活动期间沙丘顶部的风蚀深度最大,沙丘迎风坡次之,而丘间地的风蚀深度最小;沙丘顶部和迎风坡的输移物以中沙和细沙为主,养分含量较低,丘间地颗粒较细且养分含量较高;土壤养分含量与颗粒大小存在显著的负相关关系。迎风坡和丘顶处在风蚀亚环境而难以被植被固定,进而加速了风蚀过程;丘间地风沙活动较弱,风积物中养分含量较高的细颗粒物质促进了植被的发育,因而减弱了局地风速。     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

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。     

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。     

沙漠人工植被和流动沙丘的小气候特征观测研究

本文利用１９９２年８月在中国科学院沙坡头治沙试验研究站沙漠人工植被防护体系和流动沙丘下垫面近地面层的微气象观测资料，分析了其小气候特征，效应的物理机制及实际和理论意义。     

Effects of dune stabilization on vegetation characteristics and soil properties at multiple scales in Horqin Sandy Land, Northern China

Ecological patterns and processes in dune ecosystems have been a research focus in recent years, however information on how dune stabilization influences vegetation and soil at different spatial scales...     

Short-term beach–dune sand budgets on the north sea coast of France: Sand supply from shoreface to dunes, and the role of wind and fetch

Three experimental plots, covering the transition from the upper beach to the dune, on the North Sea coast of France were monitored at various intervals over a period of 18–24 months via high resolution terrain surveys in order to determine inter-site sand budget variability, as well as patterns and processes involved in sand exchanges between the upper beach and dune. The wind regime consists of a fairly balanced mix of moderate (80% of winds are below 8 m/s) onshore, offshore and shore-parallel winds. Sustained dune accretion over several years depends on the periodic local onshore welding of shoreface tidal banks that have developed in the storm- and tide-dominated setting of the southern North Sea. The only site where this has occurred in the recent past is Calais, where bank welding has created a wide accreting upper beach sand flat. At this site, significant sand supply from the subtidal sand bank reservoir to the upper beach flat occurred only once over the 18-month survey following a major storm. The bulk of the sand deposited over this large flat is not directly integrated into the adjacent embryo dunes by onshore winds but is progressively reworked in situ into developing dunes or transported alongshore by the balanced wind regime, thus resulting in alongshore stretching of the embryo dune system. The Leffrinckoucke site near Belgium shows moderate beach–dune mobility and accretion, while the Wissant site exhibits significant upper beach bedform mobility controlled by strong longshore currents that result in large beach budget fluctuations with little net budget change, to the detriment of the adjacent dunes. Accretion at these two sites, which are representative of the rest of the North Sea coast of France, is presently constrained by the absence of a shore-attached sand bank supply reservoir, while upper beach–dune sand exchanges are further limited by the narrow wave-affected upper beach, the intertidal morphology of bars and troughs which segments the aeolian fetch, and the moderate wind energy conditions. The balanced wind regime limits net sand mobilisation in favour of either the beach or the dune, and may explain the relatively narrow longshore morphology of the dune ridges bounding this coast.     

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。     

塔里木沙漠公路不同固沙体系的性能和成本比较

建立固沙体系是保障塔里木沙漠公路畅通的首要条件。通过比较塔里木沙漠公路不同沙体系的性能和成本后认为，尽管采用植物固沙的成本比采用机械固沙或化学固沙的成本高1－3倍，但植物固沙体系的固沙性能、防护年限要远优于机械固沙体系和化学固沙体系；在塔里木沙漠公路固沙工程中，机械固沙应作为一种临时性的、辅助性的固沙手段，植物固沙（栽植灌木固沙带）适于作为塔里木沙漠公路永久的固沙体系，化学固沙在塔里木沙漠公路的边坡固沙及零断面处固沙有较好的应用背景。     

库布齐沙漠北缘不同作物秸秆平铺式沙障的防风效能

本研究以七星湖沙漠风景区沙丘上的芦苇秸秆、向日葵秸秆和玉米秸秆平铺式沙障为研究对象,通过测定各沙障障格内以及裸沙丘近地表不同高度处的风速,对比研究了各沙障的防风效益。结果表明,①3种沙障在10 cm高度处均具有明显的防风效能,且随着高度的增加,防风效能减小,从10 cm到100 cm高度,3种沙障的防风效能平均降幅达63%。②在沙丘迎风坡,芦苇秸秆沙障的防风效能和地表粗糙度分别是向日葵秸秆沙障的1.36倍和2.34倍,是玉米秸秆沙障的1.76倍和1.88倍;在沙丘坡顶和背风坡,玉米秸秆沙障的防风效能及地表粗糙度均显著高于另外两者（P<0.01）。③3种沙障的风速廓线均呈现出一种类似于“S”型的变化特征,而作为对照的裸沙丘风速廓线则服从典型指数函数分布。     

等效沙厚度研究进展

风、沉积物和地表覆盖是控制沙丘地貌的三大要素。沉积物尤其是沙源供应对沙丘地貌的影响仍有待深入研究。沙丘体积的研究促使了等效沙厚度（equivalent sand thickness, EST）概念的提出。EST研究经历了多个沙丘和亚沙丘尺度2个研究阶段。多个沙丘EST研究发现,EST与沙丘高度之间具有较好的一致性,其与方向变率的组合可以很好地区分沙丘类型,且在宏观上可以表征沙源供应。亚沙丘尺度EST研究使得利用高分辨率遥感影像研究沙丘（山）地貌及其形成过程成为可能。未来的研究应在像元尺度上对沙丘（山）地貌进行滤波,不同滤波窗口所得到的不同图层可以用来探究沙丘（山）地貌的形成过程。     

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。