毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率定量关系

基于毛乌素沙地不同植被覆盖条件下的风蚀输沙率实地观测数据，借鉴国外最新的建模思想，采用Matlab5.3软件对数据进行非线性回归，建立毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀输沙率之间的定量关系模型，比较系统地考察了植被覆盖对沙粒起动风速和风蚀输沙率的影响，确定了不同风速下的有效植被覆盖率。结果表明，在毛乌素沙地要有效减少和防治风蚀，植被覆盖率必须达到40－50％的水平，而要保证在最高风速下风蚀输沙得到有效控制，植被覆盖率必须达到60－70％的水平。     

戈壁风蚀面与植被覆盖面地表性质粗糙度长度的确定

以Monin-Obukhov相似性理论为基础, 利用量纲分析法分别推导出不同层结稳定度下确定戈壁风蚀面与植被覆盖面空气动力学参数的物理模型, 并利用该模型研究了粗糙度长度与粗糙元性质, 流经近地层流体特征以及大气层结稳定度之间的关系。得出以下结论: 戈壁风蚀面上空气动力学粗糙度长度与砾石粒径、高度、覆盖度、自由风速、摩擦速度以及大气层结稳定度有关; 植被覆盖面空气动力学粗糙度长度取决于植被类型、植被高度、覆盖度、零平面位移高度、自由风速、摩擦速度以及大气层结稳定度。     

植被盖度变化背景下的中国北方风蚀区植被防风固沙功能研究(英文)

本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ模型,结合风蚀季节的植被盖度变化对近30年的土壤风蚀量和植被的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,揭示了植被盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:中国北方多年平均土壤风蚀量为160.1亿t,并处于下降趋势,土壤侵蚀强度大的区域主要集中在各大沙漠区和植被盖度较低的草地,且春季为我国土壤风蚀的多发期,占全年风蚀量的45.93%;中国北方多年平均防风固沙量为203.1亿t;防风固沙服务功能保有率的分布特征表现为由东南到西北逐渐降低的趋势;工程实施后春季植被盖度的提升区主要集中在黄土高原、青藏高原、河北北部、内蒙古东部以及东北地区;大部分区域的春季植被盖度减小(提高)与防风固沙的服务保有率的下降(提升)呈显著正相关(r0.7,p0.01);前后两个十年相比较草地生态系统的防风固沙服务功能提升幅度最大(2.02%),其次为林地(1.15%)、农田(0.99%)和荒漠(0.86%)。     

植被盖度对沙丘风沙流结构及风蚀量的影响

以科尔沁沙地不同植被盖度沙丘为研究对象,采用野外可移动风洞进行原位测试,开展了沙丘植被盖度对风沙流输沙率影响的研究,探讨了地表风蚀量与风速及植被盖度的关系。结果表明：空气动力学粗糙度随植被盖度增加先平缓后剧烈,与植被盖度相关关系呈三次函数增长。在各植被盖度下各层输沙率均随高度增加而递减,随风速增加而递增。同一植被盖度下风蚀量随风速增加而增大,符合幂函数或二次函数关系,但二次函数相关性更高。同一风速下风蚀量随植被盖度的增加呈阶梯式降低,在盖度小于27%时风蚀量平缓下降,盖度27%~43%时风蚀量急剧下降,盖度43%以上时风蚀量下降重新趋于平缓。相对截留率随风速增大而减小,随植被盖度增加而增大,沙丘草本植被盖度43%以上时具有较好的防风固沙效果,此时平均截留率达88.02%。     

风蚀影响因子的敏感性试验

 对风蚀模式的各重要影响因子进行了敏感性试验，结果表明：①随风力的增大，跃动沙粒的粒径范围迅速增大，从而会使更多、更大的尘粒因受到更强烈的撞击作用而释放于空中。但随土壤水分和植被覆盖度的增加，跃动沙粒粒径范围会变窄，较大的粒子很难被激发到空中。②各种土壤沙流通量及尘粒释放率随粒径的变化趋势Q(d)和F(d)与相应的地表土壤有效粒度分布Ps(d)具有相似的特征，说明前人用近地层沙尘粒度分布来代表地表土壤的有效粒度分布是合理的。③若以总沙流通量Q>0.5 g·m^-1·s^-1为风蚀过程开始发生的标准，在干燥、裸露的情况下，沙土、沙壤土、壤土、黏土和粉黏土表面发生风蚀的临界摩擦速度都约为0.3 m·s^-1。相同风力条件下（u*=0.6 m·s^-1），若地表干燥（w=0）并忽略小于0.1 g·m^-1·s^-1的总沙流通量，则抑制5种土壤发生风蚀的最小植被覆盖度分别约为：沙土0.35、沙壤土0.45、壤土0.45、黏土0.55、粉黏土0.55；若地表裸露，抑制风蚀发生的最小水分含量分别为：沙土0.15、沙壤土0.18、壤土0.3、黏土0.36和粉黏土0.33。④通常情况下沙土最不易起尘，它在各个粒径的尘粒释放率比其他土壤均约小3~5个量级。粉黏土最易起尘，且粒径较小，较容易传输到下游很远处。⑤总尘粒释放率F和总沙流通量Q随风力、地表条件的变化一般是同相的，即Q增大，F也会增大。⑥一般情况下F随摩擦速度u*的增大或植被覆盖度cf和土壤水分w的减小而增大；土壤拖曳系数sx和弹性压力垂直分量pye的增加会大大降低尘粒释放率。⑦通常风蚀情况下，5种土壤中粉黏土和沙壤土因聚合粒子破碎产生的尘粒释放率Fc最大，Fc随风力、地表条件变化的敏感度也最强；沙土的Fc最小，其对风力、地表条件的敏感度也最弱。     

基于RWEQ的20世纪90年代以来内蒙古锡林郭勒盟土壤风蚀研究

土壤风蚀是中国北方地区重要的生态环境问题。锡林郭勒盟位于中国干旱、半干旱地区,是中国北方典型风蚀区,其特殊的地理位置又使得本区成为华北重要的生态屏障,为此锡林郭勒盟全区均划入了京津风沙源治理工程区。为了更好地阐明锡林郭勒盟的土壤风力侵蚀过程,指导区域的荒漠化防治,,基于气象、遥感数据,利用RWEQ模型定量分析了20 世纪90 年代以来锡林郭勒盟的土壤风蚀时空格局,揭示土壤风蚀的主要影响因素。研究表明：锡林郭勒盟多年平均土壤风蚀量为3.39 亿t。土壤风蚀强度以微度和轻度为主,主要集中在植被较好,风蚀力较低,降雨量较高,雪被覆盖地表时间较长的东、中部地区以及南部地区。侵蚀强度为中度以上的侵蚀区集中在苏尼特右旗、正镶白旗和正蓝旗的浑善达克沙地;90 年代以来,锡林郭勒盟的土壤风蚀强度总体上呈减弱趋势,主要与风场强度的减弱,植被盖度等的变化有关。土壤风蚀多发生于风蚀力较大的春季,风蚀强度较大区域的春季植被盖度与风蚀量呈显著负相关（r>0.7,p<0.01）,且近20 年植被盖度提升有效降低了该区域的土壤风蚀。     

戈壁砾石覆盖度与风蚀强度关系实验研究

戈壁表面的砾石覆盖度对风沙物质的运移有不可忽略的影响,在极端干旱区砾石覆盖是防沙治沙的重要手段。通过风洞实验模拟了阿拉善戈壁区砾石覆盖度与风蚀强度的关系。结果表明,当因地表风化作用等产生的松散颗粒物被吹蚀后,不同地点、不同样品之间风蚀强度有明显的差异,因而砾石覆盖度与风蚀强度之间的相关关系并不显著;但数据标准化后则表明,当砾石覆盖度在40%以下时,随砾石覆盖度的增加风蚀强度也有所增大。戈壁地区的风沙运动中,在砾石覆盖度小于40%条件下,不同风速下风蚀强度的变异系数是不同砾石覆盖度下的风蚀强度的变异系数的2倍左右。在极端干旱的戈壁区,影响风蚀强度的因素十分复杂,砾石覆盖度增大不仅不能控制风蚀现象的发生,反而增强气流对地表的风蚀能力,这一因素可能是阿拉善高原戈壁区成为中亚强沙尘暴主要源地的重要原因之一。     

耕作土壤表面的空气动力学粗糙度及其对土壤风蚀的影响

土壤表面粗糙度是影响耕作土壤抗风蚀能力的一个重要因素。根据风速廓线计算得到的空气动力学粗糙度,可以简捷而有效地刻画土壤表面的空气动力学性质。风洞模拟实验表明,耕作土壤表面的空气动力学粗糙度主要取决于暴露地表的土块直径,在土块大致均匀分布的条件下,直径愈大,空气动力学粗糙度愈大。土壤风蚀速率则随空气动力学粗糙度的增大而迅速减小,二者具有良好的相关性。     

青藏高原植被覆盖变化及其与气候变化的关系

近几十年来,全球气候变化对青藏高原植被覆盖产生了重要影响。基于青藏高原1981—2005年遥感影像及同期气象数据,结合生态学模型,分析了青藏高原植被覆盖度变化趋势及其与气候变化的关系。结果显示,25 a间,青藏高原温度升高、降水量增加,植被覆盖度呈"整体升高、局部退化"趋势;地表植被改善区主要位于植被低覆盖区,退化区主要位于高覆盖区;从不同植被类型看,除针叶林、阔叶林受采伐影响覆盖度下降外,其他植被覆盖度均不同程度的上升;植被覆盖度变化与同期降水量变化、温度变化均呈正相关,且具有明显的区域差异。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取(光合)植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

临界侵蚀风速与植被盖度之间的关系

应用粗糙边界层中阻力分解规律的研究成果,建立了描写临界侵蚀风速与植被盖度之间关系的数学模型。该模型给出：地表土壤的临界侵蚀风速与植被盖度之间呈指数依赖关系,即随着植被盖度的增大,临界侵蚀风速呈指数增加。这一理论结果与实验数据符合良好。在此基础上,定义了理想盖度和警戒线盖度两个概念,并给出了它们在评价环境良好程度和环境破坏程度方面的指示意义。     

呼伦贝尔草原沙漠化土地动态变化过程研究

对呼伦贝尔草原4个时期的遥感监测表明：呼伦贝尔草原经历了“发展—加速发展—逆转”的沙漠化过程;1984—2000年也是研究区沙漠化发展最为迅速的时期,沙漠化土地增加率为72.1 km²·a^-1;2000年以后,沙漠化土地进入逆转时期,且沙漠化土地以32.4 km²·a^-1的速度减少;沙漠化的发生、发展主要是由于冻土退化及温度升高导致的地表干旱和不合理的人为活动共同作用的结果。而2000年以后沙漠化的逆转,则是一系列有效的沙漠化治理措施的结果。但是研究区人口和牲畜持续增加使土地的压力增加,这造成研究区北部的草地发生了沙漠化,同时,严重沙漠化土地持续增加。减轻土地压力才是沙漠化治理的根本途径。     

降水-植被耦合关系及其对黄土高原侵蚀的影响

降水、植被与侵蚀过程三者之间关系的研究,是地表过程领域中重要的科学问题,迄今未能完全解决。通过对黄土高原地区大量实测资料的分析,揭示了森林覆盖率和降雨侵蚀力随年降水量的非线性变化。发现了森林覆盖率随年降水变化过程中的临界点,即当年降水小于450 mm时,森林覆盖率很小且基本上不随年降水而变化;当年降水大于450 mm以后,森林覆盖率随年降水的增大而急剧增大。同时还发现,降雨侵蚀力随年降水量的变化过程也存在着两个临界点。当年降水量小于300 mm时,降雨侵蚀力很小且基本上不随年降水而变化;当年降水量超过300 mm时,降雨侵蚀力随年降水量的增大而迅速增大;当年降水量大于530 mm以后,降雨侵蚀力随年降水量增大的速率进一步加大。从分析与上述各临界点相联系的植被抗蚀力和降雨侵蚀力的对比关系入手,解释了黄土高原地区侵蚀强度随年降水变化的非线性图形,即随年降水的增大,侵蚀强度先是增大并达到峰值,然后再减小。并讨论了上述各个临界点对于黄土高原侵蚀治理的应用意义。     

Aeolian processes on sandy desertification of an alpine meadow: A wind tunnel experiment

In recent years,the desertification of alpine meadows has become a serious ecological problem and has gradually become a threat to regional economic activities in Maqu County.To reveal the mechanism for sandy desertification of alpine meadows,we conducted wind tunnel experiments on aeolian processes over sandy alpine meadows.Results show that the sandflux profile of mix-sized sediment decays exponentially with increasing height.However,the profile pattern of a group of uniform-sized particles depends on the experimental wind speeds.The profile pattern of all the groups studied can be expressed by exponential decay functions when the wind speed is less than or equal to 16 m/s.while that for all the groups studied can be expressed by a Gaussian distribution function when the wind speed is above 16 m/s.The average saltation heights of mixed sands at wind speeds of 12 m/s,16 m/s,20 m/s,and 24 m/s were 2.74,4.19,5.28,and 6.12 cm,respectively.The mean grain size basically first decreases and then increases with increasing height under different wind speeds.The sorting improves with increasing wind speed,while the kurtosis and skewness show relationships with only the characteristics of the parent soil.     

植被破坏对黄土高原加速侵蚀及土壤退化过程的影响

如何评价黄土高原自然侵蚀与人为加速侵蚀作用，恢复与重建植被的可能性和必要性等是近年来治理黄河的热点问题。通过定位试验和野外调查，研究了黄土高原子午岭林区植被破坏对土壤理化特性以及土壤侵蚀过程演变的影响；分析了人为破坏植被耕垦后坡面土壤侵蚀特征与土壤退化过程。表明：植被是影响土壤侵蚀最敏感的因子；人为破坏植被造成的加速侵蚀，是导致土壤退化和生态环境恶化的主要原因；恢复和重建植被，应为黄土高原加速治理和减少入黄泥沙的根本措施。     

基于MODIS数据的济南市年最大植被覆盖度动态监测

植被覆盖度是反映地表植被覆盖状况的重要指标,也是衡量区域环境质量与水土保持情况的重要因子。以济南市MODIS数据为数据源,应用像元二分模型计算,获得济南市不同年份最大植被覆盖度。应用一元线性回归方法,通过数据统计,分析2001—2013年间济南市最大植被覆盖变化状况,并分析了主要变化驱动因子。结果表明:2001—2013年济南市最大植被覆盖度空间分布具有显著的区域性,大部分地区以稳定为主,局部地区变化较大;济南市植被覆盖度变化与降水的相关性较小,与气温的相关性较高,受人为影响大;植被覆盖度空间分布受地形影响:地势平缓地带,植被覆盖度与坡度负相关,在地势较高地区,植被覆盖度与坡度正相关。根据植被生长需求的特殊性,可以因地制宜、因时制宜地调整植被布局,改善济南市生态环境。     

侵蚀沉积模型在嘉陵江流域的应用

从20世纪50年代到80年代长江宜昌水文站观测的泥沙输送量逐年增加,但是到了90年代却出现了逐渐减少的趋势。泥沙量增加的原因主要是乱伐森林和土地利用方式的快速改变,而减少的原因则可能是采取了一系列防止水土流失的对策和在上游修建了许多大坝而造成的。嘉陵江流域是长江泥沙的主要源区之一,90年代每年从嘉陵江流域到长江的输沙量减少到1988年前的约36%。因此,分析该流域每年泥沙输送动态及其变化原因,对制定减小水土流失的森林规划,防止三峡水库的淤积以及保护长江流域的生存环境和生态系统等具有重大意义。本研究开发并改进了一个流域集水坡面上的侵蚀模型,并将它应用到1987年的嘉陵江流域,以对其适用性进行了研究。结果表明,该模式可被用于月度泥沙生产量的评估中。     

风砂土基本性质及其与土工格栅作用试验

对库布齐沙地、毛乌素沙地和腾格里沙地的调查和现场采取土样,试验测试了风砂土的物理力学性质指标和矿物化学成分,研究并提出了库布齐和腾格里风砂土粒度成分、化学成分的同一性,以及与毛乌素风砂土的差异性,这是由于土的成因与环境条件所至。对比分析了天然重度与干重度相差很小,最疏松状态下和最密实状态下干重度的也较接近,可用于控制填土密实度。在直剪摩擦和拉拔摩擦试验基础上,研究了土工格栅加筋风砂土产生的φ值和具有类似内聚力的c值,土工格栅与土摩擦形成的复合材料改善和增强了力学与工程性能的原因以及土工格栅所起的作用。