乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速廓线

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层风速观测资料,分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速季节变化和日变化特征。结果表明：（1）乌鲁木齐市风速最大值出现在14：00-16：00,最小值多在夜间或上午。冬季风速最小、夏季最大;冬季风速始终处于较为稳定、有微小波动的低值区;夏季风速表现出一定的变化趋势。（2）夏季风速在一年里波动最大,随地势降低波动减小,南郊最大（1.5~6.4 m·s^-1）,北郊最小（1.3~4.6 m·s^-1）;秋季和春季风速波动次之;冬季风速波动最小,南郊最大（1.3~4.6 m·s^-1）,北郊最小（0.7~2 m·s^-1）。（3）近地层100 m内城区和北郊风速随高度变化较小,冬季基本为1~2 m·s^-1,而南郊风速随高度增加变化幅度最大,从1 m·s^-1增加到4 m·s^-1以上;愈近地面,城区与郊区风速相差愈大,近地面城区平均风速明显低于郊区,春季、夏季、秋季和冬季分别低5%~32%、8%~30%、15%~37%、14%~48%。（4）近地层风速廓线在近中性层结时一般符合对数风速廓线模式,对数律显著性不强的时段主要在正午前后。     

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。     

不同间距双排尼龙阻沙网防风效应的风洞模拟

为揭示风速和间距对双排尼龙阻沙网防风效应的影响,开展对2H、5H、10H、15H（H为尼龙网高度）间距尼龙阻沙网在6、9、12 m·s^-1风速下的风洞模拟试验,对不同风速、间距下加速率等值线、变化趋势和防风效能进行对比分析。结果表明：①风速和间距对双排尼龙阻沙网加速率极小值出现的相对位置基本无影响,但后排网后极小值小于前排网后,两排尼龙网对风场的影响存在累加效应。②双排尼龙阻沙网防风效应随来流风速增大而明显降低。③2H、5H间距双排尼龙阻沙网防风效应相对较好,5H最优,10H最差该结果与相同间距设置的野外实验相一致。实际应用中尼龙阻沙网的布设应综合考虑风况、布设间距等因素,笔者建议双排尼龙阻沙网布设间距采用5H。     

均匀配置的两种仿真灌木林防风效应野外观测

建立灌木林是一种有效的防风固沙方法,灌木林空间配置是防护林体系研究与建设取得最佳效益的关键.应用两种仿真固沙灌木,建立株行距相等的均匀配置灌木林,观测林内与林前不同风速,比较其防风效能.结果表明:在风速为4.6～10.7 m·s^-1时,侧影面积为0.25 m²的无叶仿真灌木林比侧影面积为0.39 m²的有叶仿真灌木林防风效能低10%～20%.仿真固沙灌木林风速与高度变化关系呈指数函数关系,但在风沙流中拟合系数更高.仿真固沙灌木林空气动力粗糙度平均值是流沙地的5倍多,但不同风速下的粗糙度值差异较大.对相同配置的防风固沙林,调节灌丛结构可以提高其防风固沙效能.     

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。     

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。     

青藏铁路沿线不同类型挡沙墙阻沙率

基于风洞试验对青藏铁路沿线不同类型防沙措施防沙效果进行模拟研究，探讨了不同类型挡沙墙的防沙效果。结果表明：挂板式、轨枕式和箱式挡沙墙输沙率随高度基本呈递增缓变型趋势，最大输沙率低于20%；铃铛式和高立式聚乙烯（PE）网挡沙墙随高度呈递减陡降型趋势，距地表6~8 cm处为转折点，转折点以上输沙率随高度增大急剧减小，转折点以下输沙率随高度变化较为平缓，最大输沙率低于50%。随着风速的增大，各挡沙墙的阻沙率呈递减趋势：挂板式和轨枕式挡沙墙对风速的敏感性最弱，整体阻沙效果较优，可大范围推广；箱式挡沙墙对风速的敏感性较弱，建议在风速18 m·s^-1以下的地区使用；PE网挡沙墙防沙效果对风速的敏感性最强，建议在风速10 m·s^-1以下的地区使用。     

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。     

复膜沙袋阻沙体与芦苇高立式方格沙障防沙机理风洞模拟实验

模型按1:10比例尺设计,在u_∞=7.0 m·s^-1、u_∞=10.0 m·s^-1和u_∞=15.0 m·s^-1实验风速下,先在纯气流作用下测定流场结构,然后在风沙流作用下测定蚀积状况。实验结果表明:紧密型、疏透型和通风型3种不同结构的复膜沙袋阻沙体前近处分布有拐角阻滞绕流区、阻沙体顶下方抬升加速区、阻沙体后回流区、阻沙体后贴地层低速回流区等流场特征结构,紧密型、疏透型两种类型复膜沙袋阻沙体防风阻沙效果显著;2.5 m×2.5 m、5 m×5 m和10 m×10 m的高立式芦苇方格前沿流速逐渐增大,最大值出现于迎风第一格上空,而后逐渐阻滞减速,至15~20 m处趋于稳定,区内积沙均匀。复膜沙袋阻沙体与原状芦苇高立式方格沙障适宜于流动性沙漠地区各种设施的沙害防治工程。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心区域与边缘地带小气候

利用2013年8月至2014年7月塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心和边缘地带气温、相对湿度、气压、风速和风向资料,对比分析了绿地中心和边缘地带的小气候特征。结果表明：该区域局地小气候主要体现在风速和春、夏、秋季湿度上,而气温和冬季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。白天,绿地中心区域的气温与边缘地带相差较小,但夜间二者相差较大;1月、4月、7月、10月夜间因近地层80 m内存在明显逆温现象,边缘地带所处地势较高,气温比中心区域高0.1~8.3℃、0.3~4.1℃、0.4~4.2℃、0.5~8.4℃。绿地中心区域3-10月湿度明显高于边缘地带,塔中本站湿度比西沙梁高0.3~1.8 g·kg^-1、比东沙梁高0.7~3.5 g·kg^-1,体现了绿化带增加湿度的作用,但1月因近地层80 m内具有明显逆湿现象,绿地中心区域湿度比边缘地带小。绿地中心区域和边缘地带3-10月风速较大,12月至次年2月风速较小;绿地中心区域风速明显小于边缘地带,塔中本站日平均最大风速比边缘地带约高0.5~1.0 m·s^-1,体现了植被对风速的减弱作用。     

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。     

绿洲-荒漠交错带防护林与自然植被的协同防风效能及优化模式探讨

以新疆准噶尔盆地南缘绿洲-荒漠交错带为研究区,研究了该区防护林与其外围自然植被的协同防风效能,进而构建了二者协同配置的优化模式。结果表明:①在有障碍物(防护林、自然植被)存在时,风表现出显著的规律性,即在0.5 m和1.5 m高度处,防护林与自然植被协同后对风速起到了减弱作用。对于疏透结构林带,风速的减弱程度为自然植被内部>自然植被与防护林之间>防护林外部;对于紧密结构林带,当风速较小时,风速的减弱程度为自然植被与防护林之间>自然植被内部>防护林外部。②防护林带的冠层体积(V)、单位长度林带段胸高断面积(S)、株行距(Q)与自然植被的平均高度(H)、覆盖度(C)协同后和两高度处的相对风速存在极显著相关关系,据此以编程运算得到最小相对风速下二者协同配置的优化模式,即在0.5 m高度处,当V=62.1476 m3、S=0.5756 m2/50m、Q=5.5645 m2、H=1.6889 m、C=0.2878时,二者的协同防风效能达到85.07%;在1.5 m高度处,当V=62.1476 m3、S=0.5237 m2/50m、Q=5.5645 m2、H=1.8154 m、C=0.3073时,二者的协同防风效能达到74.67%。对不同相对风速下二者协同配置的优化模式进行了预测。     

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。     

干旱区新垦绿洲防护林体系的防护效益分析——以克拉玛依农业综合开发区为例

克拉玛依新垦绿洲内部光、热、水、土资源丰富,但生态环境极为恶劣,存在干旱、风沙和盐碱等生态问题,严重阻碍着农业生产的持续发展。通过建立有效的防护林体系来改善种植区生态环境,以保证农业生产的顺利进行。结合野外实地调查资料,对研究区内绿洲防护林林带特征和现有防护林的防风效能、气温、相对湿度等小气候等指标进行了测定比较,结果表明：背风面随着距林带距离的增加,其防风效能呈现递减的趋势,随着防护林的生长,其防风效果也随之提高;在背风面垂直方向上自上而下防风效能呈现递增的趋势,林带有叶期的防风效果明显优于无叶期。林带较之荒漠区具有一定程度的降温增湿作用,同时林带对于防护林内土壤温度和土壤水分的调节作用也很显著。     

低覆盖度乔木两种分布格局内风速流场和防风效果风洞实验

低覆盖度植被的防风固沙效果一直是防沙治沙工程中的关键问题。在风速为10 m·s-1和15 m·s-1的风洞实验条件下,模拟研究了覆盖度为20%的行带式分布和随机分布的乔木固沙林的风速流场和防风效果。结果表明:①在水平空间上,随机分布和行带式模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂水平流场结构,其中,随机分布要比行带式模式的流场结构更加复杂。②在垂直空间上,林冠下近地面(1.2 cm以下)风速都有微弱的增加,1.6~20 cm高度行带式模式内风速均有所减小,而随机分布模式风速变化无明显规律。③随机分布模式中两株植株相互组合时,不仅在植株两侧出现风速加速区,同时在两植株间出现风速加速区,出现 “狭管增速效应”。     

防护林搭配灌草条件下的PIV实验研究

在低速风洞中,利用粒子图像测速仪(PIV),采用2帧-互相关的分析方法,对疏透度为30%、带前搭配灌草的防护林绕林流场的流动特征进行实验测量,获得其较大范围(11 H×3 H,H为防护林高度)绕林流场的速度矢量分布图、流速分布图和涡量分布图,与带前无草的防护林流场进行对比分析研究,并且利用CFD软件STAR CD对其数值模拟计算,从而发现防护林在搭配灌草条件下对防护林防护效应的影响。     

民勤绿洲边缘带灌丛沙丘防风作用研究

对民勤天然绿洲边缘带的固定、半固定及半流动风速灌丛沙丘实地观测表明,气流通过单个固定灌丛沙丘时,近地面平均风速降低4.4%,在965 m观测样线内降低57%,且风是连续降低的,愈靠近内侧降低得愈多,到绿洲内部农田边缘处时,平均风速仅有对照点的21%。深入了解灌丛沙丘对绿洲的防护机理,对于合理保护和恢复绿洲边缘带灌丛沙丘,避免绿洲遭受风沙侵袭具有重要意义。