青海共和盆地风况及风沙地貌

利用共和盆地茶卡、共和、贵南站2012-2015年的风资料,分析盆地风向、风速和输沙势的变化特征,并结合Google Earth高清影像,对盆地风能环境与风沙地貌进行探讨。结果表明：（1）盆地年平均风速1.6～2.7 m·s^-1,西北部、中部和东南部年起沙风出现的频率分别为7.7%、3.5%、0.9%,起沙风主要发生在冬、春季,风向以WNW和W为主。（2）盆地属于低风能环境,风沙活动自西北部向东南部减弱,方向变率指数0.7～0.96,风况为窄单峰或宽单峰风况,西北部和中部风向变率属于低变率,东南部属于中等变率,合成输沙方向较一致,为281.0°～286.7°。（3）盆地沙丘类型有新月形沙丘（链）、格状沙丘、复合型链状沙丘、沙山、沙垄、抛物线沙丘等,沙丘类型和风况较吻合。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

库布齐沙漠110MW光伏基地次生风沙危害的动力学机制

为了解释光伏设施干扰下沙质地表侵蚀堆积的动力机制,在库布齐沙漠110MW光伏电站选取2个断面,利用MetOne 014A/024A型自动风速仪,同步观测了光伏板前后不同位置20、50、100、200cm高度的1min平均风速,分析了光伏板干扰下流场格局变异及其与地表蚀积态势的关系。结果表明:(1)光伏设施强烈干扰流场格局,产生流场分异区:板下集流加速区、板前板后遇阻减速区、板面抬升区和板间恢复区,但光伏基地上风向边缘区域与腹地的流场分布格局存在显著差异;(2)空间流场特征区发育程度所指示的动力分布与地面侵蚀堆积态势基本对应;(3)植被可有效增大地面粗糙度,降低0~50cm近地表过境风速,减缓地表蚀积过程的发生与加剧;(4)光伏板下的集流加速和板前板后的反向涡旋,是塑造地表风蚀沟(坑)及积沙带发育的主要动力。     

装一鞋窝沙子是幸福的

在八步沙采访,我的鞋里灌满了沙子,心里充满了疑问。在这里,人、沙、林到底是什么关系,人在自然面前又起着什么作用?一位同行前辈回应我:“在这里,装一鞋窝沙子是一件很幸福的事。”在近40年的岁月里,人、沙、树曾经互相争斗,由于人的贪婪和过度开垦,地下水出现匮乏,沙漠开始肆虐;由于风沙侵袭、良田被毁,人的生活饱受风沙折磨;通过植树造林,沙才得以安固,人才得以安宁。     

高速影像中风沙颗粒灰度和表观粒径的变化特征及对多假设追踪算法的意义

沙粒轨迹形成过程是理解风沙两相流输运力学机制的关键问题。多假设追踪算法通过融合追踪目标的多个信息特征和建立后验概率控制的动态递归算法来实现对目标的准确追踪,其精度可能优于传统的基于位置信息的轨迹追踪算法。基于多假设追踪算法的需要,以沙粒灰度和表观粒径(沙粒在影像上显现的大小)为对象,通过分析沙粒在轨迹形成过程中灰度和表观粒径的辨识度及稳定性来揭示它们作为多假设轨迹算法的特征参数的可能性和可靠性。结果表明:沙粒灰阶25~255,具有多峰分布的特征,表明不同沙粒灰度具有很好的区分度;80%~85%的沙粒在入射、反弹过程及粒-床碰撞后,灰度差在1倍标准偏差之内,表明大多数沙粒的灰度具有相对的稳定性;沙粒的表观粒径分布于77~1 001μm,表明表观粒径具有较好的区分度;97%~100%的沙粒在入射、反弹过程中、77%的沙粒在粒-床碰撞后,表观粒径差均是稳定的(77~154μm);仅有15%~23%的沙粒发生了显著的侧向运动或自旋,表明多数沙粒的灰度和表观粒径的稳定性不受侧向运动或自旋的影响;灰度和表观粒径可以作为多假设追踪算法的重要辨识参数。     

小麦玉米田耕作模式的防风蚀效果

通过风洞实验,在5个风速下对6种耕作方式下农田土壤风蚀速率、0~20 cm风沙流结构进行了模拟研究。结果表明:保护性耕作土壤风蚀速率较传统耕作平均降低20%~40%;保护性耕作和传统耕作条件下土壤风蚀速率均随风速的增大呈幂函数递增,但在传统耕作条件下递增较快;风速14 m·s^-1是荒漠绿洲农田土壤风蚀加剧转折点,当风速>14m·s^-1时保护性耕作下风蚀速率较传统耕作明显降低;0~20 cm内,传统耕作和保护性耕作下输沙率与高度分别呈线性和指数关系,保护性耕作下0~4 cm输沙量和输沙量百分比(Q0~4/Q0~20)均低于传统耕作。     

风沙环境中公路风沙灾害的数值模拟

为揭示沙漠公路两侧风沙流场的空间分布特性,采用欧拉-拉格朗日方法,把气流作为连续介质,把沙粒作为离散体系,利用ANSYS标准k-ε湍流模型和DPM离散相模型,模拟了不同沙粒粒径(150、200、250、300、350μm)、不同摩阻风速(0.20、0.35、0.50、0.65、0.80 m·s^-1)、不同挡风墙高度(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m)以及不同挡风墙开孔情况下的公路路基附近的沙粒跃移运动,统计了挡风墙前后的沙粒数目,给出了公路路基坡脚和坡顶等典型断面上的气流速度廓线。结果表明:气流通过挡风墙顶部时受压加速,有利于沙粒的输送,而在挡风墙前部气流遇阻减速,形成沙粒堆积。随着沙粒粒径的变大,沙粒跃过挡风墙的能力逐渐变低;随着摩阻风速的变大,气流输运能力增强,更多沙粒越过挡风墙;随着挡风墙高度的增加,阻挡沙粒数亦逐渐增多;挡风墙开孔的位置和大小亦影响着沙粒的运动。这表明离散相模型对复杂下垫面风沙跃移运动的计算具有良好的效果。     

河西走廊边界层高度与风沙强度的关系

以中国风沙高发区河西走廊为研究对象,应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖和民勤4站2006—2017年逐日19：00每50 m加密高空资料和07：00规定层、特性层高空资料,分别采用平滑位温法、T-LnP法,统计分析了该区边界层高度的变化特征及其影响因子、边界层高度与风沙强度的关系,得出边界层高度与风沙强度成正比。进一步从地面风速、相对湿度、地气温差日变化得到春季午后风沙天气多发和强发的主要成因,得到了沙尘暴不同环流形势下的边界层高度持征,以及高空风速≥15 m·s^-1的最低高度与风沙强度的关系,从而为风沙天气预报提供技术帮助。结果表明：河西走廊年均边界层高度1 700~2 200 m,4—6月较高,在3 000 m以上,敦煌4—5月在3 500 m以上。边界层高度与最高气温、最低气温和0 cm最高地温较密切,与最高气温、极大风速成正比。边界层高度随着风沙强度的增强而增高,4月强沙尘暴和大风的边界层高度均大于3 100 m。春季风速随着风沙强度的增强而增大,最大风速集中时间在12：00—18：00,春季13：00—14：00风速最大、相对湿度最小、地气温差最大,因而也是风沙天气出现最多和强度最强的时段。沙尘暴持续时间越短,边界层越高,4—6月下午的沙尘暴较高,为2 800~3 100 m。沙尘暴不同环流形势的边界层高度中西风槽型整体较低;平直西风型4、6月和8月较高,均达3 100 m以上,8月为3 580 m;而西北气流型高于西风槽型,5—6月大于3 200 m。不同风沙强度高空风速≥15 m·s^-1的最低高度,冬春季较低,夏秋季高;浮尘较高为4 884 m,大风伴沙尘最低为2 471 m,大风沙尘暴07：00较19：00高600 m左右,明显较边界层高1 000~2 000 m。     

基于光释光测年的共和盆地风沙活动历史研究

位于青藏高原东北缘的共和盆地处于亚洲冬、夏季风和西风环流作用交替控制的干旱—半干旱区,盆地中分布着大面积的沙漠,是重建过去气候的重要载体。就前人对共和盆地25个风成剖面的102个光释光(OSL)年代结果进行分析,总结出晚更新世以来共和盆地的风沙活动在各个时期都有发生,黄土堆积主要是更新世末期到早全新世,古土壤主要是晚全新世发育的,但其测年工作缺乏高密度光释光测年检验。通过对共和盆地西南部的羊曲剖面进行系统的高密度光释光年代学研究发现,羊曲剖面主要是末次冰消期沉积的,9.6～7.1 ka风沙活动迅速减弱,7.1～2 ka存在明显的沉积间断,说明基于单个剖面进行环境演变重建需谨慎。结合盆地内已发表OSL年代结果,末次冰消期以来,风沙活动在共和盆地一直存在,其最强烈时期是14～10 ka左右,黄土主要是末次冰消期14～10 ka沉积的,古土壤发育主要集中在3～2 ka和6～4 ka,此外在9～8 ka也有发育。     

金字塔沙丘形成的动力条件分析

金字塔沙丘(或星状沙丘)形成的动力条件主要有三个方面:一是在非沙质床面的气流场辐合区,一般具有三个以上近似均布的主风向,各主风向的风力强度、出现频率及持续时间不尽相同,但年总输沙能力较为接近,而且月输沙能力具有明显的季节变化;二是不太充裕的沙源和高浓度不饱和风沙流;三是不同尺度地形条件的动力作用,和沙漠与戈壁下垫面的热力影响。在沙质床面,往往由于高浓度饱和或过饱和风沙流的作用,导致新月形沙丘或新月形沙丘链的变态,或重新组合成金字塔状的沙丘形态,但不可能发育为典型的金字塔沙丘。