横向沙丘背风侧沙粒风蚀起动的风洞模拟

通过风洞实验,探讨了横向沙丘背风侧“二次流”的沉积学和形态-动力学意义。在不同迎风坡坡度的横向沙丘模型背风侧,我们观测了不同位置沙粒的起动风速以及在临界状态下沙粒的运动特征。结果表明,沙丘背风侧的颗粒起动风速不仅与其距沙丘顶部的距离有关,也与沙丘迎风坡坡度有密切关系。根据沙丘背风侧颗粒运动特征,可以将其划分为向后运动区域、晃动或摆动区域以及向前运动区域,产生这一现象的原因是在沙丘背风坡气流分离、反向涡和气流重新辐合共同作用的结果。在所有的观测结果中,迎风坡坡度为15°的沙丘具有最大的沙粒起动风速和最远的气流重新辐合距离,其原因尚需进一步研究。     

Experimental investigation of drag coefficients of gobi surfaces

The response of gobi surfaces to the near-surface air flow can be characterized quantitatively by drag coefficients. By using wind tunnel tests, an attempt is made to define the relationship between the drag coefficients of gobi surfaces and gravel size and coverage. It is concluded that the drag coefficients of gobi surfaces tend to be constants when gravel coverage is over 40%-50%. Consequently, we think that the gobi deflation planes expanding vastly in the arid Northwestern China are aerodynamically stable, at least not the supplying sources of current dust storms, and therefore the emphasis on dust storm control should be paid on the so-called "earth gobi" that has low gravel coverage. The prediction model for drag coefficients of gobi surfaces has been developed by regressing drag coefficients on gravel size and coverage, the predicted results are in reasonably good agreement with wind tunnel results (R 2 = 0.94). The change of drag coefficients with gravel friction Reynolds number implies that the development extent of drag effect increases with gravel size and coverage.     

塔克拉玛干沙漠石油公路沿线风沙活动的气候环境

塔克拉玛干沙漠石油公路沿线风沙活动是由塔木盆地内热能释放与冷空气入侵相互作用的结果。冷期,盆地内冷高压逆温作用较强,地面热能不足,使得风力和风沙活动强度弱;暖期,盆地内热源剧增,每当热能源饱和遇到冷空气入侵诱导,导致了强风及强风沙活动天气。可见,区内风沙活动及风成景观的塑造过程,主要是在暖干期进行的。     

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。     

风沙流中跃移沙粒冲击速度和角度联合概率分布风洞实验

近地表跃移沙粒速度和角度概率分布是连接风沙运动宏观研究和微观研究的桥梁，对沙粒跃移轨迹和输沙率分布有很大影响。但是，目前跃移沙粒冲击速度概率分布和角度概率分布之间的关系还不明确。使用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）测量了风洞沙床面1 mm高度处的跃移沙粒速度，通过分析各冲击速度对应的冲击角度的概率分布研究了沙粒冲击速度和角度的联合概率分布。结果表明：沙粒冲击速度概率分布可用对数正态函数描述，冲击角度概率分布可用指数函数描述；各冲击速度对应的冲击角度都符合指数函数分布，且其衰减速度随冲击速度增加而加快。这表明，冲击速度概率分布和冲击角度概率分布之间具有很强的相关性。最后分别给出了沙粒冲击速度和角度的独立假设概率分布和条件联合概率分布。     

柴达木盆地南缘死亡蛛丝蓬(Halogeton arachnoideus)风影沙丘形态和沉积特征北大核心CSCD

蛛丝蓬(Halogeton arachnoideus)死亡后仍能保持直立且发挥固沙效应。在野外实地考察和粒度实验的基础上运用相关统计方法,分析了柴达木盆地南缘地区死亡蛛丝蓬风影沙丘的形态和沉积特征。结果表明:(1)风影沙丘各参数之间相关性显著(P<0.01),其中沙丘垂向与水平尺度相关性较好,沙丘长度与宽度的拟合关系(R2=0.6)好于其他参数。(2)死亡蛛丝蓬与风影沙丘各形态参数之间呈显著正相关(0.8≥r>0.5,P<0.01,疏通度除外),蛛丝蓬长度和宽度对沙丘长度延伸的贡献度在逐渐降低,而高度的贡献度不断增大。(3)蛛丝蓬的冠幅面积、长度、疏通度与风影沙丘体积呈显著相关(P<0.01),其中冠幅面积与体积拟合关系较好(R2=0.8),它们共同作用了蛛丝蓬对沙子的截留能力。(4)蛛丝蓬风影沙丘沉积物主要粒级为极细沙和细沙,在植株的影响下风力逐渐减小,沿风向沉积物粒径逐渐变粗。     

基于多旋翼无人机倾斜摄影测量的沙丘三维形态研究

无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的新型测量方法，具有高效率、高精度、非接触、大范围等优点。本研究采用多旋翼无人机，结合精确测定的地面控制点，实现了对新月形沙丘群三维形态的精确测量。结果表明：无人机倾斜摄影测量的均方根误差小于18 mm，可以满足大比例尺地形测量的要求。利用该技术获取的多种测量参数表明，新月形沙丘二维与三维形态之间存在良好的相关性，基于这些关系，可以实现二维遥感影像量测结果向沙丘高度、沙丘体积等三维参数的转换。沙丘剖面形态可以采用非线性函数精确描述，为沙丘形态精确建模提供了参考。无人机倾斜摄影技术获取的沙丘三维形态参数，对于深入认识沙丘形态动力过程具有重要参考价值。     

巴丹吉林沙漠周边地区降水量的时空变化特征

分析了巴丹吉林沙漠周边17个常规气象测站1951—2005年的逐月降水量及沙尘暴频次和东亚夏季风指数。(1)沙漠周边地区降水量的空间分布明显受地形影响:紧靠沙漠的区域地势低、干旱,各季降水量都小;沙漠外围较远处(特别是受祁连山影响的西南边)地势高、湿润,各季降水量都大;地形增高会使降水量增多1个量级以上,但对其季节配额无明显影响。夏季降水量配额最大,平均高达61.6%。(2)依据各站降水量年际变化间的相关系数及测站间的地域关系和地貌相似程度,可将该区域划为4个分区:一为地势较低、紧挨沙漠、极为干旱的沙漠西北缘区,二为气候较湿、受祁连山影响的沙漠西南缘区(或称祁连山影响区),三为位于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间的民勤区,四为远离沙漠、但与其周边地区地貌相似的沙漠东侧区。(3)1951—2005年的各个年代,4个分区各季降水量由大到小的顺序均为:祁连山影响区、沙漠东侧区、民勤区和沙漠西北缘区,与其平均海拔由高到低的顺序一致;就各季降水量及其配额的年代际演变位相而言,祁连山影响区可以代表整个区域。(4)1971—2005年各分区年降水量呈增大趋势,春季降水量增加尤为显著(增幅约为0.41mm·a-1),夏季降水量有减小趋势;随海拔增高,春季及年降水量增幅加大,夏季降水量减幅减小;祁连山影响区对全区年降水量增大的贡献最大。(5)各季及年降水量与东亚夏季风的强弱间均呈复相关;其中冬、夏季及年降水量与夏季风间的负相关随海拔升高而加大,说明夏季风对沙漠以南高海拔处的降水影响更为显著。(6)各季沙尘暴与降水量间以负相关为主,各分区冬、春季降水量偏多时,其冬、春季及夏季沙尘暴的发生频次一般偏少。     

戈壁风沙流结构特性及其意义

通过砾质戈壁风沙流野外实测数据的分析以及风洞模拟实验研究发现：戈壁风沙流结构具有与沙漠风沙流完全不同的风沙流特征,戈壁风沙地表的粗糙度随风速的增大而增加,其表面风沙流输沙量高度分布表现出独特的"象鼻"效应,在一定高度处呈现最大值,并随风速的增加而增高。该"象鼻"效应导致戈壁风沙流结构特征值λ远大于 1,不论风速多大,风沙流都处于未饱和状态的非堆积搬运状态。这种特殊性质比较清楚地解释了敦煌莫高窟千年来不被沙山埋没的谜底。并且在风沙防治工程实践中,采用砾石压沙措施,构造类似与砾质戈壁的下垫面,人工促使风沙流结构呈现"象鼻"形状,可使防沙工程达到理想的输导作用。     

风沙流中沙粒浓度分布的实验研究

利用粒子图像测速技术（PIV）,在风洞内对与天然沙接近的石英沙风沙流沙颗粒浓度沿高度分布进行了研究。对 3种不同轴线风速研究结果表明,风沙流中沙粒浓度沿水平方向基本不变,而随高度呈指数衰减,而且其衰减速率与风速密切相关。风速越大,衰减速率越慢;风速越小,衰减速率越快。风沙运动一旦发生时,靠近沙床表面的沙粒浓度随风速变化很小,可以认为趋于稳定,达到最大值。