Features of Winter Reflective Spectrum of Sand Surface in Hinterland of Taklimakan Desert

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区冬季453个光谱观测数据, 进行了初步的分析探讨,得到了一些新认识,主要有①碧空条件下,塔中地区沙漠的地面可见光通道反射率约为25.8%,近红外通道反射率约为28.6%;②碧空条件下,沙丘可见光及近红外通道的反射率具有在沙丘各部位,近红外通道的反射率大于可见光通道的反射率,而在沙丘的不同部位间,可见光通道的反射率变化较小,沙丘朝阳坡的可见光及近红外通道的反射率略大于背阴坡;③碧空、昙天、阴天中,可见光与近红外通道的反射率,均是以阴天为最大;④在较晴朗的天气条件下,沙丘的可见光及近红外通道的反射率均随着太阳高度角的增大而减小;⑤霜对沙面可见光及近红外通道的反射率起增加的作用,与无霜时比,可见光通道反射率增大约2.6%,近红外通道的反射率增大约3.5%。     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面气流与坡面形态的关系

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘主、副梁和新月形沙丘断面风速的野外观测结果表明,迎风坡风速放大率、背风坡气流的方向和强度随区域气流、坡面形态而不同。迎风坡风速放大率对沙丘形态的作用在于增加丘顶区域的输沙率和活动性;背风坡气流不仅影响沙丘形态而且控制沙丘动力学过程。在横向气流条件下,风速放大率使沙丘迎风坡随区域气流强度的增加变长变缓,背风坡受分离流控制使沙丘迁移;在双向－斜向气流条件下,沙丘丘顶处于侵蚀亚环境而两坡变陡变短,背风坡受附着偏向流控制使沙丘纵向延伸。     

横向沙丘气流平均速度变化规律的风洞模拟

在沙丘动力系统中,存在沙丘形态、气流、沙粒运移三者之间复杂的相互作用。通过风洞实验的方法,针对不同形态的6组横向沙丘模型,采用粒子图像测速系统,测量了模型沙丘周围气流水平速度和垂直速度的变化规律。实验结果表明,横向沙丘迎风坡水平气流存在1.28～1.89之间的加速率,垂直气流存在上扬趋势,这二者均有随沙丘迎风坡坡度增大而增大的趋势。在横向沙丘背风坡,由于气流的分离,水平气流速度减小并出现反向,其大小约为自由风速的17％;垂直气流速度存在下沉趋势,其最大沉速出现在气流重附点附近;背风坡气流速度的变化受沙丘迎风坡坡度影响较小,受自由风速的影响较大。沙丘对气流速度的改变在近地层较为显著,随着高度的增加地形影响逐渐减小。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

包兰铁路沙坡头段防护体系前沿栅栏沙丘形态与近地面流场

防护体系前沿阻沙栅栏不仅是维持栅栏沙丘形态、阻挡流沙进入防护带内的重要屏障,还是栅栏沙丘这一独特沙丘类型形成发育的首要条件。形态测定与流场观测表明,在沙坡头铁路防护体系前沿地带,栅栏沙丘迎风坡平均坡度大于天然沙丘,背风坡坡度小于天然沙丘,背风坡水平长度与迎风坡水平长度之比约为0.7,远大于天然沙丘（0.3）。阻沙栅栏显著影响沙丘表面流场,但栅栏缺失或沙埋后栅栏沙丘与天然沙丘表面流场结构具有很大的相似性。沙丘迎风坡剪切风速均沿坡面至丘顶呈先增大、后减小的趋势,但栅栏沙丘迎风坡脚至中上部剪切风速增长速度较快,中上部至丘顶剪切风速迅速降低而且幅度较大,这种变化对栅栏沙丘的成长具有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测站(塔中站)直接探测的总辐射资料,对流动沙漠区近地层总辐射的变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:总辐射的连续日变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日总辐射上下变动的离散度较小,4月最大;1月、4月、8月、10月总辐射的平均日变化曲线皆呈正态分布,与同纬度地区比较,其年变幅较小;总辐射瞬时最大值为1 182.6 W·m-2,未超过太阳常数。总辐射随总云量增多而降低,且其在碧空最大,高、中、低云时逐渐降低,阴天Ci、Ac、Sc和Cb的平均总辐射约比晴天时分别减少5%、27%、51%和59%;沙尘使总辐射降低较为显著,风沙季节总辐射日变化与地面风速日变化对应,且主要受控于湍流作用,最大值出现与热力湍流和地面风力有关。     

新疆南部土壤有机质含量的高光谱特征分析

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的一个主要指标,也是影响土壤光谱特性的一个重要因素,本研究以南疆地区的草甸土、灌淤土、盐土、水稻土、4种主要土壤类型为研究对象,通过野外调查取样和室内理化分析与光谱测试,研究了土壤有机质含量与土壤光谱特征的关系,结果表明土壤去有机质后光谱反射率不管在全波段还是在紫外、可见光和近红外波段都有明显的提高;反射率经不同形式的数学变换后与有机质含量的相关性有所变化,其中倒数与对数变换后在360~520 nm波段经倒数变换后相关系数有所提高,而在520~1 072 nm波段相关系数反而有所降低,而一阶微分变换后相关系数变化起伏波动较大,缺乏规律性,最显著的效果是个别波段相关性得到增强;利用光谱反射率与反射率的一阶微分均能较好的预测土壤有机质含量,反射率在600.5 nm处预测有机质的精度为72.3%,反射率的一阶微分在539.2 nm处预测有机质的精度为87.0%。     

沙土内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的关系

沙的摩擦性质是影响沙丘形态的重要因素之一,研究沙土内摩擦角对于探讨床面沙波形态、沙丘流动性、沙丘稳定性、沙丘防护等都具有实际意义。本文实验研究了内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的定量关系。结果表明:当粒径从<0.125 mm增大到0.315～0.4 mm时,内摩擦角从32.25°减小到28.06°; 而粒径从0.315～0.4 mm增大到0.63～0.8 mm时,内摩擦角却从28.06°增大到31.47°。主要原因是,粒径小时颗粒的比表面积大,颗粒间接触面积大使得内摩擦角大。粒径大时,颗粒表面棱角突出,颗粒间嵌入咬合作用明显使得内摩擦角大。当含水率从0%增加到15%时,内摩擦角从29.07°增大到31.84°; 而含水率从15%增加到20%时,内摩擦角却从31.84°减小到30.75°。主要原因是一定含水率下沙土表现出黏聚性,而高含水率下水的润滑作用使得颗粒间摩擦力减小。内摩擦角与天然坡角都反映沙土摩擦特性,两者相等。     

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。     

腾格里沙漠东南缘沙丘迎风坡风速变化的初步研究

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘表面气流的观测结果表明,迎风坡风速的增加程度因坡成形态和原始气流的方向,强度而不同。迎风坡风速放大率介于１．０６～１．９１之间,且在格状沙丘主梁,主要与坡形系数和高度有关;在副梁随原始风入射角,坡形系数而变化,风速放大率对沙丘形态的影响主一要增加丘顶区域的输沙率和活动性,且因区域气流的方向和强度而不同,在横向气流条件下,其迎风坡随区域气流强度和增加而变缓,变长,在双向（斜     

南极中山站地区太阳辐射的某些特征分析

本文根据1990年1～2月南极中山站的太阳辐射的首次观测数据,分析了该地区太阳分光辐射的变化特征,着重讨论了紫外辐射的变化特征和云对太阳辐射各分量的影响。结果表明,南极中山站地区晴天条件下可见光、近红外和紫外辐射占总辐射的42.2％、53.3％和4.5％;总云量的变化和云类的变化对太阳辐射各分量具有显著的影响。     

Field measurement and scaled-down wind-tunnel model measurement of airflow field over a barchan dune

Airflow is measured over a barchan dune in the field and over a scaled-down model in a wind tunnel. The change of the flow speed over the stoss side is represented by the change of speed-up ratio. According to the field measurement, the wind profiles within 0-3m above the stoss can be divided into two segments. The lower segment, about 0.66 m thick, is the inner-boundary layer, within which the friction velocities derived from the wind profiles increase from the upwind inter-dune region to the upper stoss, and then decrease near the dune top. This change, together with the changes of airflow field, speed-up ratio and sand flux, is related to the morphological change and contributes to the stable shape and height of a barchan dune. In the wind tunnel, airflow varies in a similar way as in the field, with the speed-up ratios constantly higher than 1.0 and increasing along the stoss slope. While the segmentation of wind profiles also occurs in the wind tunnel, friction velocities derived from the wind profiles decrease along the stoss, indicating a very thin inner-boundary layer above the wind tunnel model where the detailed wind-speed change becomes difficult to measure using the present instruments.     

Cloudy Sky Conditions Promote Net Ecosystem CO2 Exchange in a Subtropical Coniferous Plantation across Seasons

Dynamic changes in solar radiation have an important influence on ecosystem carbon sequestration, but the effects of changes caused by sky conditions on net ecosystem CO₂ exchange (NEE) are unclear. This study analyzed the effects of sunny, cloudy, and overcast sky conditions on NEE using carbon flux and meteorological data for a subtropical coniferous plantation in 2012. Based on one-year data, we found no seasonal variation in the light response curve under various sky conditions. Compared with sunny sky conditions, the apparent quantum yield (α) and potential photosynthetic rate at a light intensity of 150 and 750 W m^-2 (P₁₅₀ and P₇₅₀) under cloudy sky conditions increased by an average of 82.3%, 217.7%, and 22.5%; α and P₁₅₀ under overcast sky conditions increased by 118.5% and 301% on average. Moderate radiation conditions were more favorable for maximum NEE, while low radiation conditions inhibited NEE. In most cases, when the sunny NEE was used as a baseline for comparison, the relative change in NEE (%NEE) was positive under cloudy sky conditions and negative under overcast sky conditions. The average maximal %NEE under cloudy sky conditions was 42.4% in spring, 34.1% in summer, 1.6% in autumn and -87.3% in winter. This study indicates that cloudy sky conditions promote photosynthetic rates and NEE in subtropical coniferous plantations.     

Variations of horizontal and vertical velocities over two-dimensional transverse dunes: A wind tunnel simulation of the effect of windward slope

The changes in wind velocity induced by dune topography have an important significance in dune dynamics. In this paper, the horizontal and vertical velocities over six transverse dune models were measured non-intrusively by means of Particle Image Velocimetry in a wind tunnel. The windward slope angle and the free-stream wind velocity both affected the horizontal and vertical velocity components. On the windward side, the acceleration of horizontal velocity depended mainly on the windward slope angle and the height above the dune surface, but was also affected by the free-stream wind velocity. The speed-up ratio increased with increasing slope angle but decreased with increasing height. The ascending vertical velocities also increased with increasing slope angle and free-stream wind velocity. The maximum values moved upper along the dune when the windward angle became steeper. In the leeward sides, the horizontal velocity decreased and reversed because of airflow separation; the maximum reverse velocity in the separation cell was about 17% of the free-stream wind velocity. Behind the dune crest, the airflow moves downwards, and its maximum downward velocity is found near the flow reattachment point. Finally, we discussed the significance of these velocity variations for sediment transport and dune dynamics.     

二维沙丘迎风坡沙粒跃移运动的数值模拟

为了研究沙丘迎风坡面上沙粒的跃移运动,本文根据风工程和空气动力学的最新理论,给出了沙丘迎风坡面上风场的空间分布规律,在此基础上对沙粒跃移运动进行了数值计算。由于沙丘周围流场情况较为复杂,各处的风速廓线也不同,故选取不同的坡面位置进行跃移计算,其中各处的起沙率由已有的实验结果或拟合公式给出。计算结果表明：从坡脚到坡顶,平均风速加速比和摩阻风速逐渐增加,到沙丘顶部达到最大值;同时沿坡面向上,各截面处单宽输沙率和距离当地地面相同高度处输沙浓度逐渐加强,这与已有文献报道的结果吻合良好。     

半隐蔽式草方格沙障凹曲面形成的流场解析及沉积表征

利用野外风沙观测、沉积物粒度分析和等比例实体草方格风洞流场模拟,解析了草方格沙障内部凹曲面形成的风沙流场过程。草方格分别作为疏透沙障和地表粗糙元对贴地层和近地层风沙流具有不同的影响：床面蚀、积分布和方格中心凹曲面的形成发展,以及沉积物粒度变化,取决于草带之间的贴地层流场分布格局以及草带对风沙流中固体物质的截留;近地层风力普遍受到草方格粗糙元的削弱,促进了沙面稳定。高风速下输沙率垂向分布的“象鼻”结构,体现了草方格对促使风沙流结构变异、形成和维持草方格凹曲面的重要性。沙丘不同部位草方格沉积物粒度分布模式不同,显示沙丘部位也是影响草方格内部流场的一个因素,以迎风坡中部最有利于方格内凹曲面的形成。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的逆向演变

通过对塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特征、移动特征进行测量,计算出沙丘移动输沙变化,证实该区存在新月形沙丘逆向演变。逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度。高度不饱和风沙流形成于沙垄背风坡底到垄间地中部的加速过程和粗沙地表的作用,从沙垄底部到垄间地中部的粒度变化,风沙流垂直结构都有所反映。新月形沙丘为沙垄背风坡上覆沙丘脱离沙垄而成,高度在2m左右,该区次风向使新月形沙丘宽度减小以及粗沙地表在强弱风交替作用下增加沙丘移动过程中沙丘沙的滞留量都有利于沙丘逆向演变。     

塔克拉玛干沙漠沙垄区公路防护带内风场特征研究

塔克拉玛干沙漠公路是世界上穿越流沙区最长的公路,公路两侧防沙治沙工程体系是公路正常运行的关键因素。以塔克拉玛干沙漠沙垄区的公路防护林带为研究对象,结合野外地形测量、防护工程调查以及风沙数据观测,分析沙垄不同地貌部位防护林带内气流特征,揭示防护林带内风场变化规律,探讨不同地貌部位防护林带的防护效果。主要结论是:①垂直于公路的防护林带断面风场存在3个区(防护林带前部风速迅速降低区、防护林带中部风速低值区、防护林带工程后部风速恢复区),气流穿过公路路面时风速呈增大趋势,利于公路防护;②现有防护林带具有较好的防护效果,相对于防护林带上风向流沙区的风速,防护林带中部风速降低幅度在80%以上,多数断面在林带前缘10H后（H为植株平均高度）风速降低至最小;③沙垄不同地貌部位的工程防护效益存在显著差异,迎风坡底部防护效果最好,迎风坡中部防护最差。其研究结果可为塔克拉玛干沙漠公路防沙治沙工程体系优化提供科学依据。