北疆铁路沿线风沙危害的研究

北疆铁路沿线存在着严重的风沙危害。在三个典型路段风沙危害有不同的表现形式, 北疆铁路沿线风沙危害发生与当地干旱多风的气候条件、铁路沿线下伏含沙地层、铁路施工对地表的破坏以及艾比湖周围沙漠化的发展有关。作者通过实验计算空气动力学粗糙度, 比较了三种典型的机械防沙措施的效果, 指出了其中存在的不足。并根据研究结果, 提出了一个优化的防沙体系方案。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

赣北风沙-粉尘堆积体系元素地球化学变化特征及其对黄土物源示踪意义

粉尘的搬运与堆积过程,理论上是不同粒径的岩屑与矿屑颗粒被风力分选并依次沉降的过程,而元素在不同粒级的岩屑与矿屑的富集程度有所差异;因此,对岩屑与矿屑颗粒分选,在一定程度上是对地球化学元素的分选。因此,基于元素地球化学对黄土粉尘示踪研究中,单一节点或(和)剖面均不具有对粉尘源区的严格代表性,通过比较单一节点或剖面的元素地球化学而进行物源示踪的方法往往存在较大的不确定性。本文通过对中亚热带赣北鄱阳湖地区芙蓉-周溪一带的风沙-粉尘堆积体系常量和微量元素的多维度统计分析,发现地球化学元素及其元素对均存在系统性的分选与分异特点。稳定元素(如Al、Ti、Zr、Nb、Lu、Hf、Ta)及其元素对随距物源区的远近呈现线性、指数或对数等的单向变化特点,其变化幅度在沉积体系中可达31%~42%;在二维和三维散点图中其元素对的投影轨迹,是一个有方向的线状或者带状区域。这表明,风沙-粉尘堆积体系内元素地球化学从上风向到下风向是单调变化的,传统上基于元素地球化学的黄土粉尘物源示踪,通过判断投影区域的远近而进行示踪分析,在理论上有一定缺陷。初步建议,未来的元素地球化学示踪应避免单一剖面元素示踪的方法,而应根据粉尘堆积体系的分布情况系统采样,通过揭示粉尘堆积体系元素地球化学的系统特征来开展基于地球化学元素的黄土粉尘物源示踪研究。     

70年来中国风沙地貌学的发展

风是除流水之外塑造地球景观的第二大流体,以其为外营力形成的风沙地貌在全球干旱区广泛分布,超过40%的全球陆地面积受风沙地貌过程的影响,与人类生存环境存在着密切的关系,19世纪末以来受到国际学术界的持续关注。中国干旱半干旱地区广泛发育风沙地貌,但风沙地貌研究比国际研究晚半个多世纪,始于20世纪50年代后期。本文总结了新中国成立70年来中国风沙地貌学发展的3个阶段：初创阶段（1949—1977年）、充实发展阶段（1978—1999年）和国际化研究阶段（2000年至今）。现在中国风沙地貌研究的水平整体与国际并行,部分领先。中国具有重要国际影响力的风沙地貌研究工作包括沙丘移动规律、风沙地貌区域综合研究、中国独特风沙地貌发育演变过程、戈壁地貌学研究、沙丘二次流以及地外星球的探索研究。中国风沙地貌学研究有在未来领跑国际研究的潜势,但风沙地貌学家必需有4个方面的战略思考,即综合集成、地球系统科学引领、全球视野和深空时代的发展。     

厦门岛东北岸海岸风沙运动观测研究

厦门岛东北海岸是台湾海峡西岸风沙最活跃的岸段之一,其中香山-五通岸段由于新建设了宽阔的人造海滩,风沙更加肆虐.为了解该岸段海岸风沙的运动特征和影响程度,分别于2007年11月22日、12月31日和2008年1月13日使用捕沙器定时取样和同步风速观测的方法进行风沙观测.结果如下:(1)人造海滩的风沙起沙风速约为6.9m/s,该风速以上,风沙随风速的增加而增加;(2)海岸风沙在离地面1m高度内运动,其中的94.8%在0.25m高度下运行;(3)人造海滩的风沙粗于自然海滩的风沙,随风沙运动高度从低到高,平均粒径由细到粗,分选性变好;(4)本岸段>6.9m/sNE风时平均输沙率约为2.776kg/m2h,单宽输沙量约为374.84kg/h,即8.995t/d.