风蚀起沙的影响因子及其变化特征

以敦煌地区的戈壁和绿洲为例,对地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和风蚀起沙过程中地表土壤的粒子尺度分布及其对垂直尘粒通量的影响进行了分析研究。结果表明,地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度随土壤水分含量和植被覆盖度的增大而增大,随粒子尺度的变化是先减小后增大,在中间某一尺度处有一最小值;土壤的人工利用和管理对临界摩擦速度也有着相当大的影响,风蚀起沙过程中,地表土壤的粒子尺度分布随时间发生变化,瞬时的粒子尺度分布不同于平均的粒子尺度分布,利用前者计算得到的垂直尘粒通量对摩擦速度的变化更敏感,利用后者计算得到的垂直尘粒通量偏大。     

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。 ?     

几种起沙方案对东亚风蚀起沙模拟的比较

针对源区起沙的不确定性,整理并选取了国际上最具代表性的几种起沙方案,结合中尺度气象模式MM5V3．7输出的高分辨率气象资料,将其应用于东亚地区一次强沙尘暴天气过程的源区起沙模拟研究,利用地面观测实况和卫星监测图像资料,比较了它们对东亚起沙源的模拟效果和差异。结果表明,两种起沙方案的模拟效果较好且性能稳定。     

内蒙古科尔沁沙地起沙近地层动力学阈值的试验研究

利用内蒙古科尔沁沙地沙尘暴探测与监测试验站2008年和2009年春季沙尘和近地层观测资料,研究了不同沙尘天气条件下沙尘浓度随摩擦速度的变化规律,对比分析了不同天气(晴天、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)入射短波辐射和净辐射的演变,并利用两层高度沙尘浓度差,区分局地起沙和非局地起沙,有效地避免了沙尘水平输送引起的起沙阈值的低估。结果表明,起沙前,摩擦速度和沙尘浓度数值都较低;临近起沙阶段,摩擦速度迅速增大而沙尘浓度基本保持不变;起沙时,摩擦速度数值较高,沙尘浓度迅速增大;沙尘天气减弱阶段,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性减小。科尔沁沙地春季临界起沙摩擦速度u*t和临界起沙风速ut分别为0.62m.s-1和9.5m.s-1,扬沙、沙尘暴和强沙尘暴天气的起沙阈值依次略有增加。与晴天天气相比,沙尘天气到达地面的短波辐射和净辐射明显减少。     

塔克拉玛干沙漠腹地风蚀起沙特征观测研究

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站2009—2018年的地面观测资料,分析塔中地区的风蚀起沙特征,结果表明:(1)塔中地区临界起沙风速呈明显的季节变化特征,夏季>春季>秋季>冬季,临界起沙风速介于4.47～4.92 m/s;(2)春、夏季是风蚀事件的多发季节,春、夏季沙尘水平通量的平均值分别为2638.9、3298.9 ...     

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。     

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。     

敦煌戈壁地表风蚀起沙量的计算

利用三种不同的计算方案,根据敦煌地区的观测资料,计算了2002年4月8日沙尘天气过程中戈壁地表的风蚀起沙量(垂直尘粒通量)。结果表明:三种方法的计算结果比较接近;在风蚀起沙较严重的时段内,顺风向沙粒通量和垂直尘粒通量平均值的量级分别为10-4kg·m-1·s-1和10-8kg·m-2·s-1。通过计算结果和观测结果的比较,在地面风蚀起沙物理机制的基础上,讨论了三种计算方案各自的优缺点。     

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。     

大气边界层非常定下沉急流和阵风的起沙机理

首先用动量原理导出水平沙尘通量Q的Bagnold型公式,由此可以反推出使Q达到统计平衡态所需的气流水平动量下传的作用时间.其次导出准常定下沉急流情况下的公式Q,此时公式中的摩擦速度u*应由u* *代替,其中u4* *=u4*m+u4*,u*m和u*各指由下沉平均急流和脉动的动量垂直通量所对应的特征速度(习惯上称为摩擦速度).其后指出,在研究风蚀和计算沙尘通量时,应以1 min做统计平均为宜,否则会过低估算了起沙尘的时段长度和起沙尘量.最后指出,不同频率的扰动和脉动的起沙尘效率是不同的,以适中的频率效率最高,从而在非常定急流作用下,应用u* *e代替u* *,其中u4* *e=u4*m+u4*e+(1+A4) u4*g,而u*m,u*e和u*g则各为由平均急流、湍流脉动和阵风所导致的相应摩擦速度,A为阵风增益系数.     

A Field Experiment on Dust Emission by Wind Erosion in the Taklimakan Desert

Dust emission by wind erosion in surface is a serious problem in many arid regions around the world,and it is harmful to the ecological environment,human health,and social economy.To monitor the characteristics of saltation activity and to calculate the threshold wind velocity and sediment discharge under field conditions have significance on the research of dust emission by wind erosion.Therefore,a field experiment was conducted over the flat sand in the hinterland of the Taklimakan Desert.One sampling system was installed on the flat sand surface at Tazhong,consisting of a meteorological tower with a height of 2 m,a piezoelectric saltation sensor(Sensit),and a Big Spring Number Eight(BSNE) sampler station.Occurrence of saltation activity was recorded every second using the Sensit.Each BSNE station consisted of five BSNE samplers with the lowest sampler at 0.05 m and the highest sampler at 1.0 m above the soil surface.Sediment was collected from the samplers every 24 h.It is found that saltation activity was detected for only 21.5% of the hours measured,and the longest period of saltation activity occurring continuously was not longer than 5 min under the field conditions.The threshold wind velocity was variable,its minimum value was 4.9 m s 1,the maximum value was 9.2 m s 1,and the average value was 7.0 m s 1.The threshold wind velocity presented a positive linear increase during the measurement period.The observation site had a sediment discharge of 82.1 kg m 1 over a period of 24 h.Based on hourly saltation counts,hourly sediment discharge was estimated.Overall,there was no obvious linear or other functional relationship between the hourly sediment discharge and wind velocity.The results show that the changes of sediment discharge do not quite depend on wind velocity.     

山地风电场开发过程中水土流失相关问题研究进展

风力发电在提供清洁能源的同时亦带来了一定程度的水土流失和生态环境破坏。特别是山地风电场,由于其所在的山区土壤抗蚀性低,且植被破坏后恢复难度大,在开发过程中引起的水土流失问题尤为突出。回顾了山区风电场水土流失特点、影响风电场水土流失关键因子等方面的相关研究成果,并对其进行了总结。山区风电场水土流失具有地域不完整性及扰动多样性的特点,道路施工区、风电机组建设区是水土流失的重点区域;水土流失呈现时空分布不均性特点,水土流失时段主要集中在施工期,且流失剧烈阶段主要发生在每年的降雨集中期;降雨是影响风电场水土流失的关键因子,滑坡稳定性系数在降水期间急剧下降,降水入渗作用促进了边坡变形破坏向不利的一面发展,容易引起水土流失及边坡不稳;降雨侵蚀力指标与降雨量及雨强有关,按照获取气象资料的不同,目前主要采用月降雨量及日降雨量来分别估算降雨侵蚀力;在进行山区风电场水土流失强度预测时,将整个预测区域划分为4~6个单元,确定各预测单元工程扰动前、施工期、扰动后的土壤侵蚀模数,采用类比法结合数学模型法预测造成的水土流失量。     

双基地多普勒雷达在云内风场探测中的应用研究

与双多普勒雷达联合观测相比，双基地多普勒雷达价格低廉，易于观测和维持，并且可以同时探测到不同方向的径向速度，利用它探测的资料可以很好地反演出风场的三维结构。但它的探测范围小，由于双基地多普勒雷达采用了低增益的天线系统，它易受到雷达波旁瓣和多次散射的影响；同时，它对频率的稳定要求更高，在时间同步等方面还有很多问题需要研究。比基地多普勒雷达技术是一种很有应用潜力的探测手段。     

一个适用于我国北方的沙尘暴天气数值预测系统及其应用试验

将澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)邵亚平发展的具有清晰风蚀物理学概念的起沙数值模式、输送模式与PSU/NCAR的中尺度气象预报模式MM5进行耦合,以高精度中国区域的GIS(Geographic Information System)数据为基础,建立了一个较完整的沙尘暴起沙和输送过程的预测系统.该预测系统可以预测地面起沙率和大气中沙尘浓度.在此基础上,采用该系统对2002年3～4月3次影响我国北方大部分地区的沙尘(暴)天气的起沙和输送过程进行了模拟试验.试验结果表明模拟的沙尘浓度与地面天气现象及卫星云图的沙尘天气范围比较一致,预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力.北方上述大范围沙尘天气的沙尘源地为蒙古国的南戈壁省、东戈壁省,内蒙古中西部,河北省北部,山西省东北部,甘肃和青海北部等地区.起沙中贡献最大的粒子粒径为2～11μm和11～22 μm,能够长时间、长距离输送的沙尘也是上述大小的粒子,沙尘粒子的垂直输送高度一般在500 hPa以下.     

北京商务中心风环境风洞实验研究

北京商务中心区(Central Business District,CBD)规划于故宫东部约5 km地带,涵盖面积约4 km2,最高建筑物超过300 m.采用风洞刷蚀技术结合朝阳气象站常规资料对CBD行人风环境进行研究,结果表明:(1)在冬春季西北大风时,CBD高大建筑物附近出现局地8级以上大风的概率为0.114%,相当于每年发生5.0次,超过了每年小于1.0次的可接收评估准则,将会影响行人舒适度和安全;偏南风符合行人舒适度评估准则,不会造成明显风环境问题.(2)夏季白天偏南风盛行,在CBD东西两侧建筑物密集区域出现小风(风速低于1.5 m s-1)的概率高达22%,可能造成较严重的局地空气污染.