2021年3月中旬东亚中部沙尘天气地面起尘量及源区贡献率估算

2021年3月中旬,东亚中部包括中国北方大部分地区,爆发了持续性的沙尘天气,引发了人们对于沙尘源区、防风固沙生态建设工程效益的高度关注.提出了一个新的地表起尘量估算方法,使用高精度、大范围的气象数据,计算了这次沙尘天气的地面起沙条件、大风过程中的输沙状况,估算了不同时刻的起尘量,获得了14、15日蒙古和中国北方荒漠地区...     

不同沙源供给条件下砾石床面的风沙流结构与蚀积量变化风洞实验研究

通过对不同沙源供给条件下各种砾石床面的风沙流结构、床面风蚀及堆积沙量变化的风洞实验,结果表明,风沙流结构是判断戈壁风沙流饱和与不饱和的一个重要途径,不同的戈壁风沙流结构对床面输、阻沙特性具有不同的指示意义。近地表0～6 cm高度内的风沙流结构决定了床面的输、阻性质,而6 cm以上的风沙流结构反映了风力对沙物质的输送状况。沙源供给的丰富与否,决定了风沙流的饱和程度,以及风沙流在砾石床面产生的蚀积状况。同等风速条件下,饱和风沙流的输沙率是非饱和风沙流输沙率的2～8倍。在饱和风沙流情形下,床面过程总体以积沙为主,且随风力的增强,床面积沙量急剧增加。在不饱和风沙流情形下,砾石床面总体以风蚀和输送沙物质过程为主,风沙流结构在0～2 cm高度内反映出砾石床面具有明显的阻沙功能,在2～5 cm高度上出现最大输沙值。     

水库泥沙来源定量判别方法的判别能力对比

水库淤积问题是干旱、半干旱沙区水库面临的主要环境问题之一.物源定量判别法是识别水库泥沙来源的新兴手段,而筛选某一区域泥沙来源的最优判别方法是精准识别物源区的重要前提.选取党河水库作为研究对象,基于野外调查、室内分析、模型模拟等手段,对比分析了多组复合指纹法、最优复合指纹法和距离法在党河水库泥沙来源判别过程中的适用性.结...     

基于文献记录的敦煌地区历史时期沙尘天气序列重建

采用历史文献和现代观测资料结合的方法,根据河西走廊沙尘传输路径上不同地区沙尘暴发生的强度和概率关系,获取了143条记录、83个年代数据,初步建立了敦煌地区过去两千年的沙尘天气活动强度序列,并与邻近地区的树轮、冰芯等气候代用指标研究结果进行对比,分析了历史时期沙尘天气的时空分布与气候条件变化的关系。结果显示：敦煌地区沙尘天气强烈且频发时期主要在280—351年、1440—1550年、1720—1840年、1900—1952年等4个阶段,与周围地区自然代用证据所反映的沙尘高发时期基本对应,且大致对应于干旱、寒冷时段。在公元2世纪以前、7—14世纪、16—17世纪反映沙尘天气的文献记录较为缺失,但史料文献数据仍有广泛的挖掘空间。为填补这些空白时段的资料,应深入开展现有历史记录的定年工作,并加强国内外合作,进一步挖掘海外流失文献的价值,这将为敦煌和整个西北地区历史时期气候环境的研究提供更充分的数据支撑。     

用隔绝法对极干旱区土壤水分来源的分析

 通常认为极干旱区土壤水分来源于降水、大气或凝结水,深埋区不存在潜水蒸发。然而通过使用拱棚法初步证明在极干旱深埋区存在潜水蒸发,而潜水是土壤水分的重要来源。为了进一步求证土壤水分来源,开挖200 cm×200 cm×200 cm的土坑,完全隔绝与下层土壤及四周的水分联系,回填后监测土壤10、30、50、100、150 cm的空气温湿度;同时设置与四周隔绝但底面联通的对照坑。27 d后都模拟25 mm降雨。监测发现模拟降雨前联通土壤的水分含量、空气相对湿度、绝对湿度都明显高于隔绝土壤。1 a后远离降雨时土壤水分的检测发现隔绝土壤水分含量低于联通对照,但因隔绝土壤处于潜水蒸发漫溢的相同气象环境,其湿度不会无限下降。隔绝对比实验反演证明深埋极干旱区存在潜水蒸发。     

风沙活动强度3种估算指标对比及适用性分析

风沙活动强度是风沙地区交通、能源基地等基础设施建设和运营中科学开展风沙工程防护设计须考虑的重要内容。但在实际工作中尚缺乏操作性强、适用性广的风沙活动强度估算指标。本研究选取风蚀气候侵蚀力、沙丘活化指数和输沙势3种常用指标,基于中国北方风沙区多个具体工程案例,对比分析了3种指标的适宜性及存在问题。结果表明：（1）由于没有考虑工程周边沙源丰富程度的相关影响因素（如植被、戈壁砾石的覆盖度）,3种指标的估算结果均难以准确客观地反映具体工程的实际风沙问题。（2）采用高精度风速风向数据计算的输沙势更能表达干旱地区的风沙活动特征,但在降水较多的区域偏差较大。（3）铁路等线性工程两侧风沙活动强度可能存在差异,相同防沙措施的防护效益存在明显差别,具体工程风沙活动强度的估算应明确其方向性差异。在指导防护体系建设时,需尽可能考虑降水、气温、风速、风向等多种因子,同时结合沙源、地表覆盖度、工程走向等实际情况来分析风沙活动强度差异。研究结果有助于提出一种准确度高、适用性广、可操作性强的风沙活动强度估算指标,为有效开展防沙工程设计提供指导。     

金字塔沙丘流场的三维数值模拟

对位于敦煌莫高窟顶部鸣沙山东麓的金字塔沙丘流场形态进行数值模拟,分析了多风向条件下沙丘的压力场和速度场变化规律。使用地面立体摄影技术获取沙丘的控制点坐标,建立了与实地沙丘等比例的三维模型,以解决二维建模不能表达3组主风向差异的问题。使用计算流体动力学（CFD）方法,采用非结构网格划分技术以适应沙丘的高度不规则地形,通过剪切压力传输模型（SST）分析计算并与以往风洞试验和数值模拟结果进行对比。模型很好地预测了沙丘底部停滞区、坡上加速区、背风坡回流区以及沙丘表面压力和风速分布等流场信息,反映了多风向条件下沙丘形态与气流的交互作用。流场中速度场的分布与压力分布直接相关。     

库姆塔格沙漠东部复杂地貌地表沉积物化学元素组成初步研究

通过对库姆塔格沙漠东部的沙漠、戈壁、绿洲、湿地、干河床等地貌单元地表沉积物化学元素的分析,研究了不同类型沉积物常量、微量元素的UCC标准值、Ba-Sr含量比值、化学蚀变指数等特征。结果表明：各类型沉积物的元素特征差异显著,但都处于低等风化阶段。库姆塔格沙漠东北端的平沙地、灌丛沙地与北侧戈壁地表沉积物元素特征相近,物源是北山;沙漠东缘沙物质有相近的主元素含量和Ba-Sr含量比值,化学风化特征和Fe、Mg含量自北向南呈现渐变趋势,表明受到偏北风的搬运混合作用,其可能的物源包括南部阿尔金山洪冲积物、东侧的干河床和戈壁。沙漠与敦煌绿洲间的戈壁地带化学风化微弱,区域差异不明显,但不同部位沙物质的元素含量有近源性。鸣沙山西侧的沙物质元素不同于库姆塔格沙漠,而与之相近的党河漫滩相近,因此其最有可能的物源是党河。     

莫高窟顶戈壁偏东风作用下输沙率变化的观测研究

通过一次沙尘暴天气过程对莫高窟顶不同观测点戈壁风沙流结构和输沙率的时空变化特征进行了系统同步观测。观测表明,偏东风条件下,当风速为10 m·s-1时,水平观测方向上存在一个各点输沙率平衡的阶段,即崖顶戈壁至鸣沙山边缘戈壁各观测点的输沙率相当;当风速大于10 m·s-1时,戈壁地表以风蚀搬运作用为主,出现了戈壁向鸣沙山的长距离风沙搬运;当风速小于10 m·s-1时,戈壁沙物质的长距离搬运作用不明显。不同风况及沙源条件下,风沙流结构和输沙特征会发生显著变化。借鉴Lattau输沙率方程,运用风速和输沙率推算各观测点输沙率的时空变化,计算结果表明,在风速为10 m·s-1左右时,窟顶戈壁带的输送效率约为60%。