CWHF型全自动集沙仪结构设计及应用性能野外验证

集沙仪作为一种风蚀研究装置,可直接和准确的测定风沙流中的输沙量和风沙流结构。为此,我们自行设计了一种全自动、高频风沙流采样器—CWHF全自动集沙仪,并通过与2 m高度风速和Sensit跃移撞击传感器的野外配合观测,对比分析其野外实地的应用性能。CWHF全自动集沙仪整体外形呈“L”状,其最大特点是集沙容器底部安装有高精度单点称重传感器,使其能够实现集沙累积值的实时高频测量及长时间的采样任务。在野外环境中对沙尘暴天气背景下的相关数据进行分析,发现CWHF全自动集沙仪的累积量和输沙通量均与风速和撞击颗粒数间有较高的一致性,其能够很好地捕捉沙物质的输移信息,野外应用效果良好。此外,通过其估算塔中流动沙面2015年5月18日和25日两次沙尘暴天气近地表100 cm高度内,宽度为100 cm的截面上的水平输沙通量分别为101.37 kg和110.83 kg。     

塔克拉玛干沙漠腹地一次风蚀起沙观测试验

风蚀起沙对生态环境、人类健康及社会经济等具有很大的负面效应。利用美国Sensit公司生产的H11-LIN型风蚀传感器及贴地层风速梯度探测仪,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区一次风蚀起沙过程进行了监测。结果表明：（1）风蚀起沙与微气象是一个互相影响互相制约的变化过程;（2）在此次观测试验过程中,我们观测到的最小起沙风速为6.0 m/s左右,同时发现起沙风速是一个变化的值,随着时间的延续呈现逐步增大的趋势,最小的起沙风速出现在风蚀开始发生的时候;（3）近地表风速廓线受沙粒运动影响明显,随着起沙量的增加,风速随高度变化的幅度增大,此时的风速廓线已不再遵循对数分布规律;（4）利用风蚀传感器测得塔中地区沙粒的临界起动摩擦速度为0.25 m/s,该值与经验公式估算的0.24 m/s非常接近,表明风蚀传感器在塔中地区具有较好的适用性;夏季塔中地区地表土壤湿度对风蚀起沙的阻碍作用可以忽略不计。 ?     

塔克拉玛干沙漠东南部气象参数及沙丘横断面风速特征研究

以塔克拉玛干沙漠东南部国道G315线若羌-且末沙漠公路沿线为研究区域，分析研究了塔克拉玛干东南部近43a气候特征和气候变化趋势。在上述基础上，选取复合沙丘顶部、半坡、底部和平沙地四种典型风沙地貌为床面，采用YNZX—多功能全自动集沙仪，进行野外风沙监测，获取一批有关沙丘横断面不同高度脉动风速、输沙量的珍贵资料，分析了塔克拉玛干沙漠东南部沙丘横断面风速特征，为沙漠地区修筑公路以及选线参数研究提供科学依据。     

沙尘天气过程起沙特征的观测试验和参数化研究进展

沙尘天气过程研究中,起沙过程是沙尘传输和沉降的基础,沙尘模式中的起沙参数化方案决定了能否准确模拟和预报沙尘天气。试验观测和数值模拟是研究起沙过程的重要途径。基于风蚀起沙的物理机制,总结了起沙机制和起沙特征的研究成果,介绍了风蚀起沙的主要影响因子,回顾了起沙关键参数（临界起沙摩擦速度（u*t ）或临界起沙风速（Ut ）、水平跃移沙尘通量（Q）和起沙通量（F））的试验观测及其沙尘模式应用中的参数化方案,并讨论了不同起沙参数化方案的应用与校验。同时,针对目前研究中存在的问题和今后可能的研究方向提出建议。     

西北风沙起蚀观测试验及其研究进展

简要阐述了国家自然科学基金“西北沙漠地表沙粒运移特性及动力热力参数研究”支持的“我国西北三大沙漠地表风蚀起沙观测试验”的科学意义、试验方案和科学目标,总结了该试验在前期取得的部分研究进展和研究成果,概括叙述了该项目在地表沙粒跃移特征、起沙风速、沙尘通量等方面的重要发现和一些新的认识。最后,提出并讨论了在沙漠风蚀起沙观测试验方面需要进一步研究和思考的一些重要问题。     

风沙野外监测

提出了监测古尔班通古特沙漠风沙的方案，研制了YMZX多功能全自动野外风沙监测仪。YMZX在风洞实验中集沙量有效率为98％，其旋转部分不接触沙表面，集沙仪随风向的变化而旋转，可在极易风蚀土壤上运行，这种集沙仪已安装在古尔班通古特沙漠北部和南部使用，获取了一批风沙监测资料，可用于风沙运动规律及防沙治沙研究。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

沙尘天气下输沙率的野外观测与分析

2014年7月—2014年8月借助风速仪、微梯度集沙仪,通过野外监测系统获取的试验数据,对塔中地区2014年7月—2014年8月沙尘天气过程中贴地层输沙率进行分析,得出:0～85 mm高度内,随着风速的增大,35～85 mm无论是绝对的输沙量还是相对的输沙量都减少。0～85 mm高度内,各层输沙率最大值均出现在风速为8 m·s-1左右,波动较为显著;最小值出现在6.5 m·s-1左右,波动不明显;沙尘天气中,输沙率最大值出现在5～15 mm高度,最小值出现在35～85 mm高度。扬沙天气中,风速9.2 m·s-1时,输沙率最大值在0～5 mm处。沙尘暴天气,拐点风速为7.5 m·s-1,7.5 m·s-1时,输沙率增加不显著,7.5 m·s-1时,输沙率增加显著。通过微梯度集沙仪获得的上述试验数据是风沙工程设计的一个极重要工程参数,具有重要的实践意义。     

对流起沙的研究进展

对流起沙是一种由热力对流湍流直接夹卷沙尘进入大气的起沙机制，由于其频繁发生，长期累积的沙尘排放贡献不可忽视。根据国内外研究现状，总结归纳对流起沙的发生机理和影响因素，介绍目前相关的参数化方案，并从发生条件和起沙通量等方面分析对流起沙与跃移起沙、尘卷风的异同。最后，对对流起沙的野外观测和参数化方案改进等方面提出建议：应加强对流起沙潜在活跃区的观测及比较不同沙源地对流起沙的特征，进一步构建土壤湿度、植被覆盖等影响因素的修正函数以提升模式模拟性能。     

1996—2008年塔中地区的风沙环境特征

对塔中气象站1996—2008年气象数据分析和野外观测试验及理论计算,结果表明:塔中地区地表沙源平均粒径约为2.88φ(136μm),属于细砂、极细砂;年平均风速均在2.5 m·s-1以下,近10年来整体呈下降趋势,风速的年变化呈单峰分布,最大值出现在6—7月,风向与起沙风向以偏东风为主;2 m高度的起沙风速约为4.1 m·s-1;年浮尘、扬沙日数呈波动式上升趋势,年沙尘暴日数呈缓慢下降趋势;年风蚀气候因子平均为28.3。     

固态正交风速表

一、引言美国Rosemount公司研制了一种正交即全方位风速表,利用气动信号测量风速和风向。传感器是一种结实的固态装置,无运动部件,经得起野外粗放式应用,并能在世界范围内各种恶劣气候环境下提供精确可靠的风资料。传感器有电气除冰装置,适合全天候工作。传感器产生经放大的压差,它与正交方向的风速成正比。内部的固体压力变换器     

区域自动气象站风向风速传感器检测仪设计与应用

为了解决区域自动气象站的风向传感器、风速传感器的检测难题,设计出一种新型便携式风向风速传感器检测仪。该检测仪通过上位机软件和单片机来实现智能检测和控制等功能,工作时由单片机对步进电机驱动器编程可控制步进电机的精确定位,进而精确控制风向传感器的转动角度或风速传感器的转动速度,将传感器输出值与步进电机的标准值进行对比,最终实现自动化检测风向传感器、风速传感器计量性能的目的。通过与现有检测方法对比,结果显示其精确度更高,稳定性更好;该检测仪体积小、重量轻、操作简单便于携带、集合了风向检测功能和风速检测功能;能有效地解决野外区域自动气象站的现场检测难题。     

阿拉山口1957—2007年气候变化特征

根据塔中气象站1996－2008年的气象数据分析、野外观测试验及理论计算,对塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区近10a来的风沙环境特征进行了初步分析,结果表明：塔中地区地表沙源平均粒径约为2.88φ（136μm）,属于细砂、极细砂;年平均风速均在2.5m·s-1以下,近10a来呈整体下降趋势,风速的月变化呈单峰分布,最大值出现在6—7月,风向与起沙风向以偏东风为主;2m高度的起沙风速约为4.1 m·s-1;年浮尘、扬沙日数呈波动式上升趋势,年沙尘暴日数呈缓慢下降趋势;年风蚀气候因子平均为28.3。     

DZS-Ⅱ型低速风洞的改进和利用

介绍了对DZS-Ⅱ型大型低速风洞系统内试验段夹具、测风标准器和应用软件的技改情况.使DZS-Ⅱ型大型低速风洞能够安装新型自动站风速传感器和数字风传感器,使自动站风速传感器能够在此风洞中进行检定和测试,满足了新型自动站的业务保障之需.同时,更新检定测试设备,提高了检定和测试的准确性和灵敏度.编制相应的风速检定用软件提高了整个检定过程的自动化水平.     

CAWS600-B型自动站风速故障的检修方法及实例

介绍了CAWS600．B型自动站风速数据异常时,如何利用示波器和传感器模拟器进行故障排除的步骤和检测维修方法,并通过济宁嘉祥国家级自动气象观测站风速数据异常的一次故障检修,详细描述了故障分析和修复过程,分析了困扰台站多时的风速分钟数据突然异常偏高跳变的原因,提出了风速数据异常偏高时的一种故障点寻找思路。     

乌鲁木齐沙漠气象研究所已取得第一批沙尘暴追踪试验观测资料

由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所承担的“西部五省气候变化与生态环境评估子项目-风沙灾害监测与荒漠化评估系统”于2007年4月10日开始进行塔克拉玛干沙漠腹地野外综合观测试验。项目沿塔里木盆地周围、沙漠公路以及北疆艾比湖-石河子-乌鲁木齐一带布设了大气降尘采集器和TSP等设备。在沙漠公路沿线肖塘和塔中气象站分别安装了三层梯度集沙仪、沙通量及LAS,并结合塔中站80m梯度、哈得站和肖塘站10m梯度等先进的探测设备,跟踪监测沙尘暴的发生过程。     

冻雨天气如何确保风的正常观测

冻雨的出现,会影响对其风速监测的人工观测风向风速感应器、自动观测单翼风向传感器和风杯风速传感器。冻结后出现的风速为静风,不能真实地记录当时的风向风速,造成观测数据缺测。为了确保观测数据的连续性和完整性,作者在实际工作中进行了一些探索,采取多种方式方法对该问题进行预防和补救,最大限度保证了资料的连续性、完整性。     

基于图像处理的自动野外救援系统设计

针对野外救援的不及时性,结合人工智能等技术的应用,提出了一种新的自动野外救援系统.人类在野外和海上活动中受困后,除了依靠自身能力和装备进行求生之外,外部的有效及时救援是提高生存几率的关键.自动野外救援系统,由自动报警装置、手动报警装置实现报警,触发整个系统的运行.自动救援装置可以通过定位模块实现定位,通过执行器移动到随身装置附近实现救援,随身装置还可以发出信标导引信号;自动救援装置还可以通过传感器检测信标,通过相位检测技术等计算待救者的坐标并规划路径,实现更精准的定位与救援.     

敦煌春季沙尘天气过程中某些参量和影响因子的变化特征

利用中日合作"风送沙尘的形成、输送机制及其对气候与环境影响(ADEC)的研究"项目敦煌站的观测资料,分析了2001年和2002年春季沙尘天气过程中两个沙尘参量———沙尘浓度指数(DCI)和粒子数浓度(N(d))的变化以及摩擦速度(u )和风速(u)与地面风蚀起沙的关系。结果表明:可用DCI=0.2作为扬沙、浮尘等一般沙尘天气的临界值,DCI=0.4作为沙尘暴天气的临界值;沙地和农田上起沙的临界摩擦速度分别约为0.5m·s-1和0.3m·s-1,临界风速分别约为7m·s-1和3m·s-1。农田和沙地起沙临界摩擦速度的差异,导致绿洲站沙尘天气发生的频数比沙漠站大;与地面起沙量有关的总沙尘粒子数浓度N(d>0.5μm)近似与u2 成比例。     

内蒙古科尔沁沙地临界起沙阈值的范围确定

临界起沙阈值可表征地表土壤的可蚀性,是风蚀起沙研究中非常重要的物理量之一。基于微气象学方法,将沙尘浓度和垂直沙尘通量均开始增加且至少持续0.5 h所对应的摩擦速度(或风速)确定为临界起沙摩擦速度u_*t(或临界起沙风速U_t)。利用内蒙古科尔沁沙地地区2010-2013年春季大气环境综合观测资料,分析了不同沙尘天气过程(扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)起沙阶段沙尘浓度和垂直沙尘通量随摩擦速度的演变特征,精细确定了该地区临界起沙摩擦速度(u_*t)和临界起沙风速(U_t)的范围分别为0.45±0.20和6.5±3.0 m/s,同时讨论了不同起沙判据对确定临界起沙阈值产生的影响。相比而言,采用的起沙判据尽可能地排除了沙尘输送和沉降过程的影响,适用于不同的沙尘天气类型,使沙尘粒子进入大气的起沙结果更趋于合理,其结果可为建立统一、合理的起沙判据提供参考。