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。     

河西走廊不同强度冷锋型沙尘暴环流和动力特征

利用常规气象观测资料、ECMWF ERA-Interim 逐6 h的0.75°×0.75°再分析资料,对河西走廊3次不同强度区域性典型冷锋型沙尘暴的大气环流形势和高低层水平螺旋度、uv分量场和垂直速度进行对比分析。结果表明：（1）影响沙尘暴强度和范围的主要因素有高空冷空气强度、高低空风速、地面热低压中心、冷锋前后变压梯度以及冷锋入侵河西走廊的时间;（2）700 hPa风速和冷锋入侵河西走廊的时间影响最明显,低空风速越大,沙尘暴往往越强,强沙尘暴一般出现在中午到傍晚。一般、强和特强沙尘暴700 hPa风速阈值分别为18、22 m·s^-１和24 m·s^-１;（3）高（低）层正（负）水平螺旋大值中心越大,配合越好,下游沙尘暴强度越强,一般、强和特强沙尘暴的高（低）层水平螺旋度正（负）值中心阈值分别为400（-200）m²·s^-2、800（-1 000）m²·s^-2和1 000（-1 000）m²·s^-2;（4）高空强风动量下传到近地面的风速越大,沙尘暴强度越强,一般、强和特强沙尘暴下传到近地面的u、v分量风速阈值分别为8、10 m·s^-１和12 m·s^-１;（5）700 hPa以下上升运动越强,沙尘暴强度越强,一般、强和特强沙尘暴700 hPa以下垂直速度中心阈值分别为-0.4、-0.7 Pa·s^-１和-1.40 Pa·s^-１;（6）垂直风场表现为≥15 m·s^-1大风下传高度越低,沙尘暴强度越强,一般、强和特强沙尘暴下传高度分别为600、500 m和50 m以下。     

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%。     

柴达木盆地风况及输沙势特征

利用柴达木盆地13个气象站的风资料，分析了盆地风况和输沙势的变化特征。结果表明：（1）盆地年平均风速2.0~4.4 m·s^-1，自盆地南、北边缘山地到盆地中部逐渐降低。盆地西部主风向为偏西风，风向较集中；东部主风向为偏东风，风向较分散。（2）盆地年平均起沙风速7.0~8.2 m·s^-1，起沙风频率5.1%~26.1%，主要发生在冬、春季，风向以WNW和W为主。（3）盆地输沙势34.0~462.3 VU，盆地西北部属于高风能环境，中部及东南部属于低-中风能环境，方向变率0.45~0.91，风况为窄单峰或宽单峰风况，盆地西北部和东南部差异较大，东部德令哈站与其他地区的合成输沙势方向相反。     

青海共和盆地风况及风沙地貌

利用共和盆地茶卡、共和、贵南站2012-2015年的风资料,分析盆地风向、风速和输沙势的变化特征,并结合Google Earth高清影像,对盆地风能环境与风沙地貌进行探讨。结果表明：（1）盆地年平均风速1.6～2.7 m·s^-1,西北部、中部和东南部年起沙风出现的频率分别为7.7%、3.5%、0.9%,起沙风主要发生在冬、春季,风向以WNW和W为主。（2）盆地属于低风能环境,风沙活动自西北部向东南部减弱,方向变率指数0.7～0.96,风况为窄单峰或宽单峰风况,西北部和中部风向变率属于低变率,东南部属于中等变率,合成输沙方向较一致,为281.0°～286.7°。（3）盆地沙丘类型有新月形沙丘（链）、格状沙丘、复合型链状沙丘、沙山、沙垄、抛物线沙丘等,沙丘类型和风况较吻合。     

科尔沁沙地西部横向沙丘间的风况和输沙势

以科尔沁沙地西部一处典型横向沙丘群为研究对象,在沙丘顶部、丘间走廊和迎风坡脚各布设一套自动气象站,对流动性的横向沙丘群内部的风况进行了连续16个月的实地观测。为有效说明沙丘群外围气象站是否能真实反映沙丘群内部实际风况特征,从翁牛特旗国家站获取了同时段风况的小时数据。结果表明：（1）丘间走廊年内主导风向为SW,与迎风坡脚基本一致但频率更高,相对于沙丘顶部（WNW）和翁牛特旗（NW）而言,风向大角度向左偏转;（2）丘间走廊年内平均风速为3.28 m·s^-1,春季平均风速可达4.74 m·s^-1,瞬时风速大于起沙风速;丘间走廊会发生较强烈的风沙活动,这对塑造丘间走廊完整形态、形成稳定的横向沙丘群空间格局具有重要作用;（3）利用日均值计算丘间走廊的输沙势为37.94 VU,低于沙丘顶部94.54%,高于翁牛特旗86.99%,由此可知,沙丘群外围气象台站测得的风况数据不能真实反映沙丘群内部风沙活动的实际情况。为更精确地估算沙丘群内部的真实输沙状况,建议至少在沙丘顶部和丘间走廊各布设一套全自动气象站进行联动观测。本研究对于揭示沙丘群落整体风况变化规律和沙尘灾害防治具有重要的理论和技术支撑价值。     

两种背景场改进方案对新疆“狭管”风区风场预报性能评估

为了客观评价Wind Energy Resource Assessment System /CMA(简称WERAS/CMA)系统(CTL方案)和将其中的客观分析法改成四维同化系统(简称FDDA方案)对既受狭管效应影响、又受湖陆风影响的阿拉山口和达坂城-小草湖风区起伏下垫面中的风能资源数值模拟的优劣,根据2009年7、10月和2010年1、4月 12UTC的NCEP再分析资料以及同期CMACAST下发的WMO各种常规观测资料开展了风场预报效果对比实验。结果表明:(1)对复杂区域而言,两种方案比过去单纯只用中尺度模式进行风场模拟的平均相对误差至少减小10%;(2)总体而言,两种方案对70 m高度处的风速模拟误差要大于30、50、100 m处的误差,在受多种环流尺度影响区域,模式在刻画平均风速/风向频率廓线方面的缺陷均极其相似;(3)在70 m高度上,两种方案5 m·s^-1以内的风速平均相对误差可达60%～130%,>5 m·s^-1的误差可控制在15%以内;对受湖陆风影响区域的模拟误差明显偏大,误差大小与湖陆风效应的季节变化有关; (4)两种方案均能抓住70 m左右高度上不同等级风速段的气候背景,对达坂城风区5～15 m·s^-1风速段的Ts预报评分可达0.6～0.7,对阿拉山口和小草湖风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分分别可达0.6～0.7和0.9左右。然而,对达坂城风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分仅0.3～0.4;(5)两种方案对所有风区需采取停机保护措施的、15 m·s^-1以上强风预报的Ts评分仅在0.4～0.6;(6)同一测风塔不同高度上,FDDA方案对风的预报效果不一定总优于CTL方案,但在70 m高度上,FDDA总体略优于CTL;即使同一风区,各个测风塔之间两种方案的预报效果也是因局地多尺度环流影响的不同或因预报的高度不同或预报季节的不同而异,这种预报误差差异的机理还有待探究。     

通天河七渡口风沙环境特征及沙害防治

通天河七渡口位于长江上游楚玛尔河和通天河交汇处，属于长江的水源涵养区和补给区，近年来该地区草场在风力侵蚀作用下出现沙漠化趋势。为控制沙化草地的进一步蔓延，我们在通天河七渡口进行了风沙环境观测，并开展了机械和植物固沙试验。结果表明：通天河七渡口年平均风速为1.95 m·s^-1，最大风速20.63 m·s^-1，主起沙风向为偏西风（包括W、WSW、WNW），次起沙风向为东北风（包括NNE、NE），年输沙势为93.06 VU，年合成输沙方向为107.54°，年总输沙量为3 007.30 g·cm^-1。经过两年的机械和植物固沙试验，沙障内形成了稳定的蚀积凹曲面，使沙层表面得到固定，有效控制了沙丘移动。随着沙障内人工植被的逐渐生长，试验区内地表微环境逐渐得到改善：（1）土壤颗粒变细，沙样粒径组分中粉沙和黏土增多，沙障内未种草地和沙障内人工种草地粉沙和黏土含量分别是流沙地的6.4倍和9.1倍；（2）表土有机质增多，流沙地、沙障内未种草地、沙障内人工种草地表土有机质含量分别为0.91、1.48、2.02 g·kg^-1；（3）沙层表面形成土壤结皮，土壤硬度增强，流沙地、沙障内未种草地、沙障内人工种草地土壤硬度分别为0.52、1.25、2.12 kPa。     

不同扰动方式对沙砾质戈壁地表风蚀量的影响

通过野外风洞实验,测定了不同破坏方式、破坏面积和风速下的沙砾质戈壁风蚀量。结果表明：不同破坏方式引起的风蚀量不同,扰动强度越大造成的风蚀量越多;相同扰动方式下连续破坏造成的风蚀量稍高于间隔破坏。风蚀总量随破坏面积的增大而增加,且服从指数函数。风速为8～10 m·s^-1时,扰动的戈壁地表以轻微侵蚀为主;10～12 m·s^-1 是风蚀量增幅最大阶段;当风速大于 12 m·s^-1时,以强烈风蚀为主。风沙流中沙物质的主体是细沙和极细沙,在20 cm高度范围内,自风沙流下层至上层细沙含量比较稳定,极细沙含量逐渐降低,中沙含量逐渐上升。     

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据，系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明：（1）毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。（2）毛乌素沙地春季（3—5月）起沙风频率和输沙势最大，分别占全年的46.23%和52.97%。（3）起沙风频率的日内变化呈单峰曲线：16：00起沙风频率最大，为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线：00：00起沙风平均风速最大，为7.84 m·s^-1；14：00起沙风平均风速为7.63 m·s^-1，是次峰值。（4）毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU，按照Fryberger风能环境划分标准，属于低风能环境；方向变率指数RDP/DP为0.51，中比率，钝双峰风况，其中偏北峰值远大于偏南峰值。     

内蒙古一次沙尘过程的数值模拟

利用WRF-chem模式耦合Shao04起沙参数化方案，研究了2015年内蒙古春季一次冷涡沙尘过程。对比分析模式模拟结果和Micaps、CLIPSO、PM₁₀观测资料后发现，WRF-chem可以较好地刻画沙尘的水平和垂直输送。此次沙源地主要分布在蒙古国南部、内蒙古中部偏北区域和浑善达克沙地。蒙古国南部和内蒙古中部偏北区域最大起沙量分别为77.4 g·m^-2和112.7 g·m^-2，最大干沉降分别为253.2 μg·m^-2·s^-1和427.2 μg·m^-2·s^-1，内蒙古中部偏北区域的沙尘柱总量（87.3 g·m^-2）大于蒙古国南部（41.3 g·m^-2）。浑善达克沙地土壤干燥，所以沙尘排放量（215.6 g·m^-2）、柱总量（132.7 g·m^-2）、沉降速率（809.3 μg·m^-2·s^-1）均较高。沙尘在锋前暖湿气流的抬升作用下，可以实现上对流层-下平流层之间的输送，高层的沙尘虽然浓度较低，却可以输送更远。沙尘气溶胶夜间增加大气层顶向上的长波辐射，同时加热大气，增加边界层高度。     

青海湖东克土沙区风沙运动规律及防治对策

起沙风况、输沙势和输沙量是反映风沙活动强度的3个重要指标。以青海湖东克土流沙区的风况资料为依据,结合实地风沙观测数据,分析了区域的风沙活动特征。结果表明:(1)3\,4\,5月(主要风沙活动期)起沙风出现的比率分别是0.40、0.47\,0.53,起沙风速集中于6~16 m·s^-1,占统计时段的91%,高能起沙风速(达到16 m·s^-1及其以上的风速)集中在16:00-20:00。(2)研究区域总体上属于高能风况环境,3月和5月输沙势的风向变率都小于0.3,表明风向变幅大,风能不集中,对于沙区周围公路和草原的危害从不同的方向推进。(3)观测期间各方位输沙量总和为503.67 kg,NE、ENE、E和ESE 4个方位的输沙量最大,占总输沙量的43.56%。     

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。     

科尔沁沙地奈曼旗近5年来风况及合成输沙势

应用奈曼沙漠化研究站1998-2002年的气象资料, 统计分析了奈曼旗近5a来的风况特征和输沙势。结果表明: ①研究区3~5月起沙风发生频数最高, 占全年起沙风的38%~58%; 平均风速和最大风速值最大, 分别为6.0~7.5m·s^-1和9.5~16.9m·s^-1。该风况特征与地表冻融、裸露、干旱疏松相耦合, 形成了区内的风沙活动期。②在风沙活动期内, 风环境基本为锐双峰风况, 西北风居主导地位, 频数占54%; 南风和西南风次之, 频数占38%。③在风沙活动期内, 研究区属于高风能环境, 合成输沙势RDP为66.3VU(风速以m·s^-1为单位), 合成输沙方向RDD为ESE113°。     

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。     

风沙环境中公路风沙灾害的数值模拟

为揭示沙漠公路两侧风沙流场的空间分布特性，采用欧拉-拉格朗日方法，把气流作为连续介质，把沙粒作为离散体系，利用ANSYS标准k-ε湍流模型和DPM离散相模型，模拟了不同沙粒粒径（150、200、250、300、350 μm）、不同摩阻风速（0.20、0.35、0.50、0.65、0.80 m·s^-1）、不同挡风墙高度（1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m）以及不同挡风墙开孔情况下的公路路基附近的沙粒跃移运动，统计了挡风墙前后的沙粒数目，给出了公路路基坡脚和坡顶等典型断面上的气流速度廓线。结果表明：气流通过挡风墙顶部时受压加速，有利于沙粒的输送，而在挡风墙前部气流遇阻减速，形成沙粒堆积。随着沙粒粒径的变大，沙粒跃过挡风墙的能力逐渐变低；随着摩阻风速的变大，气流输运能力增强，更多沙粒越过挡风墙；随着挡风墙高度的增加，阻挡沙粒数亦逐渐增多；挡风墙开孔的位置和大小亦影响着沙粒的运动。这表明离散相模型对复杂下垫面风沙跃移运动的计算具有良好的效果。