塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治

塔克拉玛干沙漠公路447 km路段穿越新月形沙丘与沙丘链、复合横向沙垄以及高大复合纵向沙垄区,风沙危害极为严重,被誉为“世界公路建筑的奇迹”。为解决沙漠公路风沙防护体系构建的一系列科学与技术问题,沙漠学界随之开展了风沙运动规律,风沙危害的成因、强度、时空分异及其机械、化学、生物防治的理论与应用研究。本文对风沙危害及其防治研究的主要内容及研究进展进行了全面总结,认为塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治的理论研究成果与实践应用水平取得突破性进展。     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

塔里木沙漠石油公路半隐蔽式沙障区与流沙区沙物质粒度变化

运用沉积物的粒度分析方法，研究了塔里木沙漠石油公路半隐蔽式沙障区内外沙物质的粒度特征。指出了设置沙障后随时间的推移，障内沙物质平均粒径的Φ值将增大，分选程度变差，而偏度和峰态变化则不十分显著；累积概率曲线表现为四─六段式，含两组悬移组份；掩埋沙障的主要沙物质是跃移组份。此外，还分析了粒度分布与风沙运动的关系，为设置和维护机械沙障提供了粒度方面的依据。     

夏季不同天气背景条件下黑河中游不同下垫面的辐射特征

 利用2005年“绿洲系统能量水分循环观测实验”（JTEX）获得的资料分析了夏季晴天和阴天西北干旱区金塔绿洲不同下垫面的辐射收支特征。结果表明:由于下垫面的水热特性不同,绿洲与沙漠、戈壁的辐射特征有很大差异,而沙漠和戈壁的差异则较小。相同天气背景条件下,不同下垫面的向下辐射基本一致,绿洲的向上辐射最小,净辐射最大。地表辐射特征会随天气状况有较大变化。     

塔克拉玛干沙漠高大复合纵向沙垄区路面沙害情势的变化特征

为了探讨机械防护体系人工防护工作停止后,公路路面沙害的形成和发育过程,分别于2003年和2007年对塔中地区一段井场路的路面沙害进行了实地测量和卫片室内量测,研究发现在塔克拉玛干沙漠公路复合型纵向沙垄区段,公路芦苇机械防沙体系极度衰竭后,路面沙害情势变化呈现一定的规律性:(1)2003年-2007年四年间公路沙害发展迅速,路面沙害程度进一步加重.路面沙害路段长度以年均2%的比例增加,沙害路段数也快速增加;路面沙害面积以每年平均10%的面积比例快速发展;沙丘前移压埋类型发展速度明显高于积沙类型.(2)沙垄区路面沙害发生频率和路面沙害程度的发展速率要远高于垄间区,在沙垄区次级地貌单元中,垄顶>背风坡>迎风坡;各地貌部位的沙丘前移压埋类型发展速率高于积沙类型.(3)路风夹角在83°～89°之间的路段沙害演化速率最大,其他小夹角沙害演化规律不明显;路面沙害强度的发展速率与路风夹角的关系不明显.     

新疆策勒沙漠-荒漠-绿洲典型下垫面小气候空间变化分析

利用从2010年8月1日至2011年6月30日新疆策勒绿洲-荒漠过渡带及绿洲内部4个观测点的风速、大气相对湿度（RH）、温度、太阳辐射能、光合有效辐射（PAR）同步观测资料,分析了小气候差异并初步探讨产生差异的原因。结果表明：不同空间的下垫面性质对小气候影响明显不同。在8月,半固定沙地、固定沙地和绿洲内部与流沙地前沿相比,日平均风速在2 m高处分别依次降低了42.69%、50.71%和94.32%,日平均风速在10 m高处分别依次降低了7.94%、13.66%和59.59%,这表明植被覆盖度越大,防风阻沙效果越好。夏季植被能够降温增湿,冬季12月份,绿洲内部在0.5 m高处日平均温度依次高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.47℃、1.20℃、2.74℃。4个下垫面的PAR与太阳辐射能变化趋势基本一致,绿洲内部的PAR值相对最小,太阳辐射能在6月达到最高值。夏季晴天在20:00~09:00左右近地表层会出现逆温现象。冬季晴天白天午后易出现大于起沙风的阵风,从流沙前沿到绿洲内部气温逐渐升高,大气相对湿度先逐渐降低后增大。     

沙漠绿洲不同下垫面夏季能量收支对比分析

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年在甘肃金塔不同下垫面的观测资料,对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面夏季辐射和地表能量收支及闭合特征进行了全面的时空对比分析,结果表明:(1)不同下垫面太阳向下短波辐射没有明显差距,地面短波向上辐射差别较大,大气长波向下辐射变化较小,地表长波辐射差异显著.另外,地表吸收辐射戈壁沙漠日变化较绿洲显著.(2)沙漠与戈壁各通量特征相似,而与绿洲上的有很大差异.(3)能量通量测量存在明显的不确定性:影响能量通量不闭合的原因,主要是超声和土壤热通量的测量误差.     

塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明:垄间平地路段高立式沙障可以在2～3年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低;垄间新月型沙丘(链)路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度,使体系外沙丘遇高立式沙障后顺高立式沙障方向移动,但最终能越过高立式沙障进入体系内;在垄间线形沙丘分布路段,丘体附近的高立式沙障在2～3年内既被埋没,其他地段的高立式沙障设置4～5年后才能被埋没.     

塔里木沙漠公路防护林滴灌水分利用效率分析

塔里木沙漠公路防护林生态工程全长436 km,是沙漠公路沿线一条重要的绿色长廊,沙漠公路防护林带以滴灌为主,灌溉水源就地开采沙漠公路沿线的地下咸水(3.26～26.65 g·L-1),建有110眼灌溉机井,设计滴头流量为3.6 L·h-1,每次灌水时间6 h。针对沙漠公路防护林滴灌的灌水效率,开展了滴灌与根灌的对比灌溉试验,试验结果表明,滴灌水量转化成有效土壤水分的利用率不到50%,滴灌存在地表土壤水分蒸发损失、灌溉水有效利用率低等问题,为沙漠公路防护林提高灌水效率、提高灌溉水的有效利用率,提供科学依据。     

塔里木沙漠公路防护林苗木保存率特征及影响因素分析

通过全部调查法对防护林工程的次年苗木保存率进行了详细调查,结果显示:(1)由于造林环境恶劣,塔里木沙漠公路防护林工程苗木保存率较低,约70%;(2)梭梭、柽柳、沙拐枣三种苗木的保存率不同,基本表现为梭梭和沙拐枣大于柽柳,而且在不同矿化度条件下也存在差异,矿化度较小时差异不大,而随着矿化度的增加差异增大;(3)三种苗木的保存率都随灌水矿化度的增加而逐渐降低,但矿化度小于10 g/L时,变化规律性不强;(4)公路沿线苗木保存率呈一定的空间分异规律,在防护林横断面不同部位、垄间不同沙丘密度、纵向复合沙垄区不同地貌部位和公路沿线不同大地貌单元之间,苗木保存率存在差异。研究结果对于极端干旱环境中造林和塔里木沙漠公路防护林可持续性研究具有借鉴意义。     

塔克拉玛干沙漠不同下垫面太阳总辐射比较

本文运用统计学方法,分析并比较了塔克拉玛干沙漠绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）与沙漠腹地（塔中）总辐射的气候学特征。结果表明：沙漠腹地（塔中）总辐射年总量高于绿洲-沙漠过渡带（肖塘、哈德）,塔中、肖塘和哈德年总量分别为6 515.0 MJ·m^-2、5 666.4 MJ·m^-2和5 774.5 MJ·m^-2。春、夏、秋、冬四季变化幅度,塔中高于肖塘和哈德,肖塘与哈德相近;3个观测点均为夏季最大、冬季最小、春季高于秋季。塔中月总量最大值出现时间（6月）早于肖塘和哈德（7月）,最小值均在12月;塔中月总量最大值比肖塘和哈德分别高99.4 MJ·m^-2和81.9 MJ·m^-2。平均日变化表现为早晚小、正午12：00最大。沙尘暴天气下总辐射被明显削弱,日变化波动大。肖塘、哈德和塔中沙尘暴日的峰值分别减少40.3%、56.2%和53.0%;日总量分别减少41.6%、57.8%和61.2%。沙尘暴日的后续天气仍受到沙尘的明显影响,只有当整个沙尘天气过程结束其日变化曲线才恢复。沙尘天气日,小时平均值>500 W·m^-2的总辐射明显被削弱,主要向低值区集中,分布在高值区的概率减少。总辐射与太阳高度角的变化一致,相同太阳高度角下晴天总辐射高于沙尘天。     

塔中油田作业区防护林带的小气候效应

对塔中油田防护林带、自然沙面、流动沙丘的气温,相对湿度以及风速进行同步对比观测的研究结果表明:受油田防护林带的影响,防护林带外围的气温、相对湿度比被其包围的作业区的变化幅度小,风速比作业区大。作业区的小气候效应比较显著。     

On efficiency of sand-controlling system along the Tarim Desert Highway in Taklimakan Desert

1 Sand-Preventing Efficiency of the Upright FenceAlong the Desert highway the upright fence has tblee formst the reed fence of l.7m in height Ztalporosity degree of 34 %, white nylon upright fence, l.lm in height and porosity degree of 64 %; antiulhaviolet nylon upright fence, 0.9m in height and porosity degree of 58 %. Fences of all the three formswere installed along the Desert mghWay. In order to enhance design and consimchon of the sandcontrolling System to make it work better, we took…     

乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量

为揭示乌兰布和沙漠不同下垫面冬季沙尘通量的垂直分布,在野外实地监测的基础上对乌兰布和沙漠3种下垫面冬季输沙量进行测量分析。结果表明：近地表0～100 cm高度内冬季输沙量流动沙丘 > 梭梭固定沙丘 > 白刺半固定沙丘。各下垫面输沙量随高度呈下降趋势,流动沙丘、白刺半固定沙丘、梭梭固定沙丘符合幂函数分布,流动沙丘、梭梭固定沙丘输沙量集中于0～20 cm高度,白刺半固定沙丘集中于0～40 cm高度。风沙流幂函数通量系数a、b与粒径< 0.1 mm和粒径 >0.5 mm颗粒含量负相关,与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量正相关,与粒径0.25～0.5 mm颗粒含量不相关。沙粒跃移高度在流动沙丘、白刺半固定沙丘和梭梭固定沙丘分别集中于0～3.59、0～4.33和0～2.36 cm;跃移高度与粒径<0.05 mm和0.1～0.5 mm颗粒含量正相关,尤其与粒径0.1～0.25 mm颗粒含量呈指数函数正相关,与粒径0.05～0.1 mm及>0.5 mm颗粒含量无明显相关性。乌兰布和沙漠流动沙丘在冬季仍具有较大的侵蚀状态,白刺半固定沙丘处于弱风蚀状态,梭梭固定沙丘处于堆积状态,造成地表积沙。在冬季,梭梭固定沙丘仍然发挥着防风固沙的能力,成为冬季固定风沙的重要防线。     

塔里木沙漠公路防护林带根灌节水试验研究

根灌技术直接把水分灌溉到一定深度的植物根系土壤层,是一项新的节水灌溉技术;在塔里木沙漠公路防护林带灌溉中,首次开展了根灌对土壤水分作用与影响的节水试验研究,并与传统的沙漠公路防护林带滴灌技术进行对比。研究结果表明,根灌技术比滴灌技术更加节水,其主要优点表现在增加土壤含水量、增加土壤层的湿润深度、提高灌水效率、节省灌水时间等。而且,根灌技术能有效地抑制滴灌造成的地表土壤水分的蒸发损失、地表土壤的盐分积累。根灌技术比滴灌要节水30%以上,是一项更高效的节水灌溉技术。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心区域与边缘地带小气候

利用2013年8月至2014年7月塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心和边缘地带气温、相对湿度、气压、风速和风向资料,对比分析了绿地中心和边缘地带的小气候特征。结果表明：该区域局地小气候主要体现在风速和春、夏、秋季湿度上,而气温和冬季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。白天,绿地中心区域的气温与边缘地带相差较小,但夜间二者相差较大;1月、4月、7月、10月夜间因近地层80 m内存在明显逆温现象,边缘地带所处地势较高,气温比中心区域高0.1~8.3℃、0.3~4.1℃、0.4~4.2℃、0.5~8.4℃。绿地中心区域3-10月湿度明显高于边缘地带,塔中本站湿度比西沙梁高0.3~1.8 g·kg^-1、比东沙梁高0.7~3.5 g·kg^-1,体现了绿化带增加湿度的作用,但1月因近地层80 m内具有明显逆湿现象,绿地中心区域湿度比边缘地带小。绿地中心区域和边缘地带3-10月风速较大,12月至次年2月风速较小;绿地中心区域风速明显小于边缘地带,塔中本站日平均最大风速比边缘地带约高0.5~1.0 m·s^-1,体现了植被对风速的减弱作用。     

荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究

在内蒙古额济纳旗运用微气象学方法以多路传感器同步观测的方式对极端干旱区荒漠河岸林小气候进行了观测。对我国极端干旱区荒漠河岸林胡杨和柽柳群落内的小气候特征与空旷地的差异进行了初步的探讨,并分析了产生这些差异的原因。结果表明:荒漠河岸林具有独特的小气候作用。具有改变太阳辐射、调节近地层地表及地下温度、缩小温差、降低风速、增加土壤湿度和提高空气湿度等重要生态作用。(1)胡杨和柽柳群落均起到了改变太阳辐射的作用,林冠层顶部的太阳总辐射量月平均值分别为341.72MJ·m^-2、345.14MJ·m^-2,林冠遮蔽使胡杨和柽柳林内总辐射比林外分别减少49.8%、49.3%;(2)生长季胡杨和柽柳林内的气温均低于林外,胡杨林平均比对照低1.62℃,柽柳林平均比对照低0.83℃,而且森林覆盖率越高降温作用越明显;群落上层气温高于群落下层,气温随高度增加而增加;(3)林内平均大气相对湿度均高于林外,胡杨林生长季比对照平均高8.5%,柽柳林平均比对照大4.2%。胡杨林地空气相对湿度各月值高于柽柳林地,平均湿度比柽柳高4.33%;(4)柽柳林月平均土壤温度(19.43℃)高于胡杨林地(18.20℃);(5)林内风速低于林外,胡杨林地平均风速为0.33m·s^-1,比林外降低了2.7m·s^-1;柽柳林平均风速为0.72m·s^-1,比林外降低了2.31m·s^-1。胡杨林比柽柳林对风的阻挡作用强。     

荒漠下垫面陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

建立了一个研究荒漠下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式. 模拟了荒漠下垫面的土壤环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征.并对主要的环境物理参数进行了敏感性实验.结果表明,本模式能合理地模拟荒漠下垫面地表热量平衡、土壤体积含水量、地表植被蒸发散阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等.该模式还可进一步应用于研究区域陆面物理过程与大气边界层相互作用机制,及与中尺度大气模式耦合用于区域环境生态和气候的研究.     

不同下垫面对风沙流特性影响的风洞模拟研究

通过对戈壁、草方格和流沙地表风沙流特性的风洞模拟实验,探讨不同性质下垫面对风沙流结构和风沙活动层风速廓线的影响,从而为野外工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。实验结果表明：戈壁地表风沙活动层主要集中在距地表20cm高度范围内;由于沙颗粒与戈壁地表的砾石发生碰撞．输沙率随高度的分布不再简单的遵循对数关系,其极值出现的高度随风速的增加而上移。由于草方格构成的下垫面复杂多变,其对风沙流结构与风沙活动层风速廓线的影响很难确定。但对于特定的下垫面,在不同风速下．同一高度层含沙量具有很大的相关性。