若干风蚀粉尘释放模型述评

粉尘气溶胶对大气、陆地和海洋多方面的影响促进了粉尘释放的模拟研究。Gillette和美国FPA的粉尘释放模型相对地比较简单，主要考虑了摩阻速度和土壤质地对粉尘释放的影响，没有考虑粉尘释放过程的微观机制；邵亚平和Alfaro等人的DPM粉尘释放模型都通过土壤粒度分布、粗糙度和起动摩阻速度等参数表达了地表特征对粉尘释放的影响，且都描述了粉尘释放的微观机制。20多年来粉尘释放的模拟研究取得了重要进展，主要表现在通过室内和野外实验证实了粉尘释放的主要机制为跃移颗粒的冲击，并分别从粉尘的结合能与跃移颗粒动能及跃移颗粒产生的弹坑体积角度来描述这个微观机制。然而所有的模拟工作只是从某一方面反映了粉尘释放过程，对粉尘释放机制还没有完全了解清楚，特别的是目前关于粉尘结合能研究还有很大的不确定性，这也是粉尘释放模型需要改进的地方。     

Assessing Conditions Leading to Severe Wind Erosion in the Antelope Valley,California, 1990–1991

The Antelope Valley is situated in the semi-arid Mojave Desert and normally supports sufficient vegetative cover to impede wind erosion. During 1990 and early 1991, however, approximately 10,000 hectares were eroded as the result of substantially reduced natural vegetation cover caused by eight years of below-normal precipitation and two years of severe drought. The drought conditions also led to the abandonment of agricultural fields and an increase in sheep grazing that left land susceptible to wind erosion. The erosion led to severely degraded air quality, millions of dollars in crop damage, and roads and homes buried by sand. These conditions prevailed despite light wind conditions. Wind erosion of this magnitude is rare in Antelope Valley, but should be considered when planning future development in this region.     

塔克拉玛干沙漠塔中地区春夏季风蚀起沙研究

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的观测资料,对塔中地区春夏季地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和起沙风速进行了分析研究,并计算了2008年4月19日和7月19日两次沙尘暴天气过程沙漠地表的风蚀起沙量。结果表明:塔中地区春夏季地表起沙的临界摩擦速度为0.26 m·s-1;2 m高度的临界起沙风速约为4.1 m·s-1;两次沙尘暴过程的顺风向沙粒通量和垂直尘粒通量的平均值分别为17.44×10-4 kg·m-1·s-1 、13.8×10-8 kg·m-2·s-1、164.69×10-4 kg·m-1·s-1和799.77×10-8 kg·m-2·s-1;沙尘通量的变化与风速及摩擦速度的变化具有一致性。     

Stream Channel Enlargement Response to Urban Land Cover in Small Coastal Plain Watersheds,North Carolina

Stream channel response to urban land use has not been well documented for southeastern Coastal Plain streams. In this study, urban channel response was evaluated in small Inner Coastal Plain watersheds (<5 km²) in eastern North Carolina. Reaches were selected across a range of watershed total impervious area (0-67% TIA). Channel dimensions and sediment grain size data were collected along 20 urban (>10% TIA) and 20 rural reaches (<10% TIA), and at 10 stormwater outfall sites (180 cross-sections). Urban cross-sectional area, channel incision ratio, and channel grain size (gravel%, D₅₀, and D₈₄) were greater, relative to rural channels. Bankfull cross-sectional areas were approximately 1.78 times greater for urban watersheds than for rural watersheds. Channels in urban watersheds were incised and had median full-channel capacities approximately 3.4 times greater than channels draining rural watersheds. Watershed TIA explained 65-72% of channel capacity enlargement. Urban expansion in the region began in the 1960s, with major urbanization occurring over the last 25 years. Channels draining urban watersheds are still responding to this land use change by downcutting and widening. Urban channel incision has frequently cut off streams from their floodplains, reducing floodplain sediment retention and water quality functions.     

艾比湖干涸湖底不同地表类型风蚀强度及粉尘输移通量的风洞试验研究

以新疆准格尔盆地西部艾比湖干涸湖底及相关邻近地区7种不同形态的原状土为研究对象,通过风洞模拟试验,揭示干涸湖底不同地表类型的风蚀强度和沙/盐尘低空输送通量。结果表明：粉状盐漠和含盐量较低的淤泥-粘土混合物临界启动风速最低,硬质盐壳的临界启动风速最大;大于16 m·s-1的大风是造成艾比湖干涸湖底风蚀的主要动力,7种地表类型中湖相沉积物、风积物、粉状盐漠的风蚀率最大,是风蚀尘暴的主要尘源;风蚀过程中颗粒的初始运动主要集中在0~10 cm高度范围内,以近地面跃移为主,风积物、湖相沉积物和粉状盐漠的输移通量最大。     

Dust and environment in the Southern High Plains of North America

Continuous measurements of dust reveal the intermittent nature of dust events within the Southern High Plains of North America. Dust events appear as sudden peaks that project outward from a much lower background dust concentration. The measured dust record appears to follow a regular annual cycle with most dust events occurring in spring and considerably fewer during other seasons. The annual dust cycle reflects seasonal changes in environmental factors such as wind speed, surface cover, and moisture conditions. Most dust events are associated with a combination of strong winds, negligible surface cover, and dry conditions, all of which occur most frequently during the spring season. Wind speed alone is found to be an imperfect indicator of dust levels in the Southern High Plains because of the moderating effects of other important environmental factors such as humidity and surface cover. However, if one limits consideration to dry and bare conditions, dust concentration exhibits a positive correlation with daily wind speeds above 4 m s⁻¹and a negligible correlation for light winds.     

对黄土高原风尘搬运动力与沉积控制因素的新认识

风尘是地球表层系统的重要组成部分,广泛参与地球系统中不同时空尺度的物理、化学和生物过程,对全球气候和生态环境产生重要的影响。中国北方地区发育了世界最广、最厚的风尘沉积,记录了至少22 Ma以来东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史。半个多世纪以来对风尘沉积的气候记录和黄土高原的成因进行了大量研究并取得了丰硕成果,然而对黄土高原风尘物质沉积过程的认识还存在很多问题。例如,近年来基于物源示踪研究对传统的风尘搬运过程提出了新认识,认为虽然黄土主体是风成的,但以前忽略了河流对于碎屑物质的搬运贡献。我们在前人研究基础上从沉积学角度分析风尘沉积过程,发现青藏高原两期抬升与区域构造运动对粉尘沉积起着不亚于气候变化的重要控制作用;同时从沉积-侵蚀和地貌发育过程探讨风力与流水这两种最常见的外动力方式在黄土沉积和黄土高原发育过程中所起的作用,认为风尘的沉积和黄土高原的形成是侵蚀与搬运沉积作用的长期动态平衡过程,风力和流水在其中所起的作用都不是单一不变的,在不同时期和不同区域有可能会同时充当建设者和破坏者的角色。     

塔克拉玛干沙漠风蚀起沙观测研究——试验介绍与观测结果初报

介绍了中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所在塔克拉玛干沙漠开展的风蚀起沙观测试验。对观测试验所获观测资料进行了初步分析,获得了一些有关塔克拉玛干沙漠风沙运动的特征。主要结果为,下垫面状况影响风沙流结构,塔中、若羌0~100 cm高程风沙流结构完全符合指数分布,肖塘则上部偏离指数分布;3地0~100 cm高程风沙流分别有72.4％、47.3%、62.6%的输沙量分布在0~30 cm高程内;3地风沙流输沙的粒径以细沙、极细沙、粉沙为主,其中极细沙可占到输沙量的43.8%~75.5%;风沙流中贴地层风速廓线受风沙相互作用的影响,不再符合对数分布,更加符合幂函数u=azb分布,拟合系数均大于0.93;沙尘撞击颗粒数与2 m高度风速变化趋势一致,塔中、肖塘、若羌3地的临界摩擦速度分别为0.25 m·s-1,0.27 m·s-1,0.21 m·s-1。     

盐尘暴及其生态效应

总结了盐尘暴的概念及其一般特征,系统分析了盐尘暴的发生条件、分布、扩散沉积和生态效应。盐尘暴是由干旱、半干旱地区干涸湖底蒸发盐风蚀所致的一种化学尘暴;大面积松散富盐沉积物和频繁的大风天气是其发生的基本条件;盐尘暴扩散过程中沉积通量和化学组分随迁移距离表现出明显的分异规律;盐尘暴扩散导致干旱区“盐随风来”,致使土壤盐渍化,加剧冰雪消融,抑制植物叶片对营养元素的正常吸收。系统认识盐尘暴对干旱区灾害防治和生态建设具有重要指导意义。     

Particle Size Analysis of Aeolian Dust Derived from Duststorm and Non-duststorm

据搬运风力大小和源区差别将大气降尘分为尘暴降尘和非尘暴降尘。选择典型尘暴和非尘暴天气搜集两类降尘,并对其进行粒度测定。结果表明:两类降尘物除外观色泽不同外,粒度特征差别明显。总体上看粒径为5-6准和> 8准的颗粒物是大气降尘的较稳定组分。尘暴降尘粒度比非尘暴降尘偏粗,分选更差。典型非尘暴降尘粒度频率曲线呈近似正态分布。尘暴降尘呈现双峰态粒度分布特征,其原因是远近距离共同搬运和强烈气流对粗细颗粒的混合搬运共同作用。现代尘暴和非尘暴降尘粒度分布曲线与黄土—古土壤的十分相似,说明现代降尘是地质时代风尘活动的继续,现代风积作用仍在进行。但现代尘暴和非尘暴降尘与黄土—古土壤的粒度参数存在差异,表明降尘堆积物受到环境改造作用的影响,黄土化过程使降尘堆积物丧失一部分风成特征。     

中国北方沙尘源区铅同位素分布特征及其示踪意义的初步研究

对中国北方沙尘源区风成沙Pb同位素的分布特征以及示踪意义进行了初步研究。结果表明,中国北方沙尘源区风成沙Pb同位素的空间分布具有明显的区域差异,毛乌素沙地具有最低的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值,塔克拉玛干沙漠具有最大的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值,其他地区介于两者之间。通过对比研究,Pb同位素在中国北方黄土、格陵兰冰芯粉尘和北太平洋深海沉积物源区示踪方面具有较好的有效性。     

土壤风蚀野外测量技术研究进展

野外测量是使用最早、应用最广的土壤风蚀研究方法。经过几十年的努力,国内外学者已开发出一系列土壤风蚀野外测量仪器与技术。由于没有制定统一的标准,目前世界各国使用的野外测量仪器和技术并不相同,这给研究结果的比较与集成造成一定困难,不利于交流与合作。基于此,本文对国内外土壤风蚀野外测量技术进行了全面梳理,归纳了土壤风蚀野外测量技术的发展历史,并从风蚀影响因子测量、风蚀物收集和风蚀量确定3方面详细介绍了土壤风蚀野外测量技术的研究进展,比较了不同类型仪器与方法的优缺点,指出目前一些被广泛采用的技术手段,并对今后土壤风蚀野外测量技术的发展趋势进行了展望,以期为中国土壤风蚀野外测量技术的发展提供参考。     

风蚀容忍量研究进展及其若干问题的探讨

土壤风蚀是造成沙漠化的首要环节。长期以来,由于没有制定一个合理的风蚀控制临界值,土地利用和土壤风蚀防治之间的矛盾非常突出,风蚀控制措施收效不大。风蚀容忍量(T值)的研究,为风蚀控制提供了一个标准。在确定T值时,应该首先对风蚀地区进行分区,根据不同地区的情况和要求制定相应的T值标准,同时进行投入与产出的对比,制定T值的一个合理的阈值,使其随着我国经济的发展而逐步降低,从而使T值标准具有更强的实用性与适应性;在基于T值标准的风蚀防治措施的实施保障方面,除了要把它纳入法律轨道外,还需要制定相应的政策引导当地居民将之转化为脱贫致富的自觉行为,并建立生态资产补偿制度。     

基于土地利用和RWEQ模型的内蒙古防风固沙服务评价（英文）

内蒙古是我国北方重要的生态屏障区,在区域生态系统防风固沙中发挥了重要的作用。本研究基于RWEQ模型模拟了内蒙古2010年和2015年生态系统防风固沙物质量,通过恢复成本法估算了其价值量,分析了内蒙古各盟市以及各生态系统防风固沙物质量和价值量变化的空间格局。结果表明2015年内蒙古防风固沙物质量和价值量总量分别为73.87亿t和738.66亿元,相比于2010年共减少了4.61亿t和46.16亿元。在各盟市中,锡林郭勒盟防风固沙总量最高,2015年达18.65亿t,乌海市最少,呼伦贝尔市防风固沙总量增长幅度最大,达4.37亿t;在各生态系统中草地生态系统防风固沙总量最高,占比在55%以上,但总量降低了1.05亿t,森林生态系统防风固沙增长量最高,达0.19亿t。结合生态系统变化及造林实施情况分析,发现造林等工程的投入实施通过增加森林面积、提升森林质量等有效增加了防风固沙物质量,但不合理的土地利用导致沙漠化土地的增加造成了内蒙古防风固沙量的显著降低。     

乌兰布和沙漠流动沙丘风蚀空间分布规律及其影响因素

为科学治理黄河乌兰布和沙漠沿岸风沙入黄问题,以该河段风沙危害严重的刘拐沙头流动沙丘为研究对象,开展沿岸沙丘风蚀与沉积规律及其影响因素研究。结果表明：（1）沙丘不同部位风蚀与沉积存在差异,与风速在沙丘的空间分布相关。迎风坡坡脚、坡中以风蚀为主,风蚀速率分别为1.07、1.31 cm·d^-1;坡顶风蚀和沉积交替进行,风蚀速率2.16 cm·d^-1,沉积速率1.36 cm·d^-1;沙丘背风坡受反向气流影响以沉积为主,沉积速率2.19 cm·d^-1,风蚀主要出现夏秋季节反向风时期;丘间地受上风向沙丘阻挡的影响,一般以沉积为主,平均沉积速率0.12 cm·d^-1。丘间地净风蚀量与背风坡显著差异（P<0.05）,但与坡脚、坡中和坡顶差异不显著（P>0.1）;背风坡净风蚀量与坡脚、坡中和坡顶极显著差异（P<0.01）。从总风蚀速率来看,风沙活动活跃强度排序：坡顶 > 背风坡 > 坡中 > 坡脚 > 丘间地。（2）冬春季节风蚀与夏秋季节存在显著差异（P<0.05）,风力和降水的季节性差异是造成风蚀季节性差异的主要因素。研究结果可为沿岸流动沙丘风沙入黄防治和完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

风化成壤对原始粉尘粒度组成的改造证据

对现代粉尘、黄土、古土壤、红粘土全样和对应石英样的粒度分析结果表明,现代粉尘和对应石英样的粒度组成最为相似,而其它经历了风化成壤改造后的全样,粒度组成发生了不同程度的变化,其中以古土壤和红粘土样尤为显著。全样和石英样品的平均粒径比值变化,反映了原始粉尘经风化成壤改造而细化的程度,可能与夏季风强度关系密切。灵台剖面L₆以来的黄土—古土壤序列的磁化率、全样和石英样平均粒径及其比值变化对比表明,在冰期-间冰期旋回时间尺度上,全样和石英样平均粒径记录的冬季风变化特征类似,但在千年时间尺度上,平均粒径比值和石英样的平均粒径变化则揭示出东亚季风具有更高频次的变率特征。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游,绿洲退化严重,沙尘天气频发,已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因,对区域4种典型地表(富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲)沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明:以风沙活动为主要特征的绿洲退化地,粉沙黏土组分含量高,PM10沙尘释放强度大(0.2796 kg·d^-1·m^-2),为研究区强沙尘释放地表;富沙及富沙砾戈壁地表,风蚀强度大,但粉沙黏土组分含量低,PM10沙尘释放强度较大(0.1267kg·d^-1·m^-2,0.0672 kg·d^-1·m^-2);尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高,但由于植被、水分等因素的制约,其PM10沙尘释放强度最小(0.0240 kg·d^-1·m^-2)。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源(绿洲退化地和戈壁)包围,局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积,为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源,这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。     

草原区植被对土壤风蚀影响的风洞模拟试验研究

在前期研究的基础上,选择内蒙古乌兰察布荒漠草原区为研究区域,通过野外移动风洞模拟试验,开展荒漠草原植被对土壤风力侵蚀影响的定量化分析研究,旨在探讨不同植被盖度下空气动力学粗糙度的变化、不同植被盖度下的风沙流结构特征及植被盖度与风蚀输沙率的定量关系,从而为水土流失机理研究提供理论依据。试验研究表明：空气动力学粗糙度随着地表植被盖度的增加呈三次函数关系增加,拟合函数为Z0=ax3+bx2+cx+d;随着距地高度的增加,各层收集到的风蚀量呈不同程度降低,随着地表植被盖度的增加,各层输沙量也均降低;不同风速下植被盖度与风蚀输沙率之间呈幂函数相关。     

基于土壤粒度分析的草原风蚀特征探讨

对放牧、开垦和围封下内蒙古典型草原地表覆盖状况、土壤粒度与有机碳含量进行测定,分析人类活动对草原风蚀的影响。结果表明,与围封草地相比,过度放牧草地的群落盖度及高度分别降低了44.23%和80.71%,根系生物量下降了37.83%。由于植被覆盖及根系密度的降低,过度放牧草地土壤表现出明显的风蚀特征,表层土壤粗粒化明显,表层土壤平均粒径比围封草地增加了约1倍。而开垦造成的风蚀程度则更为严重,开垦使表层土壤颗粒平均粒径增加2.5倍。因此,过牧与开垦下的典型草原已形成为一个重要的沙尘源。土壤颗粒粗化直接引起土壤有机碳含量的下降,土壤中小于0.1 mm颗粒组分每被吹蚀1%,其有机碳含量将减少0.2546 g·kg-1。