黑河中游荒漠绿洲过渡带典型灌丛植物防风固沙效应北大核心CSCD

为探究黑河中游荒漠绿洲过渡带典型灌丛植物防风固沙效应,通过野外调查观测,定量分析了固沙植物梭梭(Haloxylonam modendron)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)对风沙流流量及风沙流结构的影响规律,并应用空气动力学原理分析了影响机制。结果表明:固沙植物防风效果表现为梭梭>沙拐枣>泡泡刺,且在迎风面和背风面差异显著,梭梭与其他灌丛植物相比防风效果更加显著,风速降幅可达到62.9%,有效防护距离最大;梭梭、泡泡刺、沙拐枣的阻沙效率分别为60.7%、51.0%、46.3%,且各灌丛植物在相同风速下输沙率随高度呈阶梯式递减;灌丛植物输沙率与风速符合指数函数或多项式函数关系,风速超过7.0 m·s-1时输沙率增加速度最为剧烈。梭梭的阻风效果优于泡泡刺和沙拐枣,但其近地表防风蚀效果一般,泡泡刺因为低矮密集的植株结构表现出较好的防风蚀性,但有效防护距离最小,且在高度较大时防风效果较差。     

低覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究

针对覆盖度小于28%的沙蒿群丛,通过野外测试和风洞模拟实验,研究了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的防风固沙效果及其流场特征。结果表明：①行带式配置格局具有非常显著的阻碍和降低风速的作用,流场结构稳定规则;等株行距次之;随机不均匀配置格局内局部有风速抬升现象流场结构复杂多变。②行带式配置格局带间形成“凹月”形稳定沙面并能出现结皮,流沙被完全固定,而随机不均匀分布的沙蒿群丛内有明显的风蚀现象。③行带式配置格局在带的背风侧和迎风侧分别形成4.0 m和0.5 m的一个风速显著降低区,成为提高防风固沙效果的核心。     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。     

风成沙地地形1/10定律的研究与敦煌鸣沙山成因的猜想

 以风成沙地地形的共性—— 同一性作为切入点,探索了风成沙地地形高长比和深长比的变化范围以及它与气流流速结构的关系。通过调查发现,尽管沙积物尺度有大有小,形态繁简差异悬殊,但绝大多数风积地形,尤其在主风向单一地区,它们的高长比Kg存在着明显的变化范围,其界阈Kg≤1/10;而风蚀地形的深长比Ks也有相同的属性,只是Ks≥ -1/10。如果用K代表沙区正负两种风成地形的共同属性,则K=Kg=-Ks,即K≤|±1/10|。研究认为,风成沙地地表形态之所以具有这种共同特征,主要在于气流与沙质地表的相互作用中,地形的高长比同气流垂直分速与其水平纵向分速之比这两个比例之间相互制衡相互顺应的结果。野外试验证明高长比K≤1/10的沙质地表地形阻力最小、最适宜风沙流通过,因而形态比较稳定,且具有自修复功能,并在治沙工程中已经得到验证和广泛应用。因此称这种比例关系为1/10定律。以高长比1/10为界,对于比值远大于1/10的特殊的沙积物地形,我们以敦煌鸣沙山为例,根据外界山体对气流场的影响以及由此而产生的风速结构的变化,提出对鸣沙山成因的猜想。鸣沙山的形成从反面、从更广阔和更深的层次上证明了1/10定律的存在。     

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。