库姆塔格沙漠风沙活动特征

库姆塔格沙漠面积虽然较小，但其风沙地貌类型复杂，包含格状沙丘、复合型沙垄、金字塔沙丘以及“羽毛状”沙丘，其中“羽毛状沙丘”是该沙漠独特的沙丘类型，“羽毛状”沙漠也成了库姆塔格沙漠的代名词。以往对该沙漠风沙地貌的研究局限于遥感影像的判读或者理论分析，很少有实测数据的支持。近期对该沙漠的综合考察对该沙漠的风沙地貌有了新的认识。以建立在库姆塔格沙漠4个方位的5个气象站（测风站）的实测资料为基础，对库姆塔格沙漠近地层风况、风沙活动特征进行了研究。结果表明：（1）库姆塔格沙漠近地层风向复杂，总体可分为两种基本类型风向的区域：沙漠西北和北面为两组风向，而东南和南边为三组风向。（2）库姆塔格沙漠风沙活动强烈，沙漠绝大部分区域属于中风能环境外，南部部分地区都属于低风能环境。（3）该区域的风沙地貌类型和近地层风向特征与合成输沙势方向吻合，年合成输沙势方向在沙漠的西北和北面为西南方向，在多坝沟地区，输沙方向为西北方向，在沙漠南面为东北方向。风向变率在0．3—0．8之间，属于中比率，风况特征属于钝双峰风况或锐双峰风况。年输沙量在0．53-1．14t／m2之间。

藻类结皮自然恢复后抗风蚀特性研究

从风沙物理学的角度出发，通过风洞实验研究藻类结皮对起动风速、摩阻风速、空气动力学粗糙度等的影响，探讨未破坏藻类结皮和一定程度破坏后自然恢复藻类结皮抗土壤风蚀特性。实验结果表明：无论是完好结皮还是自然恢复后的结皮，都可以提高结皮的起动风速、摩阻风速和空气动力学粗糙度长度。结皮的起动风速大于17m·s^-1，摩阻风速在0．62～1．21m·s^-1之间，空气动力学粗糙度长度在0．03～0．13cm之间。同时给出了摩阻风速和风速之间以及空气动力学粗糙度长度和摩阻风速之间的经验公式。

输沙势计算中的“时距”问题

风力作用是干旱区风蚀过程和风沙地貌形成发展过程的动力基础,我们在探讨区域的风力作用时,通常是利用风速资料。风速是评价区域风沙活动的基础,但不同方法采集的风速资料对评价结果的影响并不一样。利用野外实测的风速资料进行不同时距处理,旨在说明时距在评价区域风沙作用的影响。结果表明,利用数据中值计算的结果要比平均值大11.31%,这说明以往研究中对输沙势的评价有偏大的现象。但是,由于以往所用数据的时距比较长,又造成计算的输沙势减小的趋势,随着时距增加,数据最大值/峰值降低,数据偏离中值的程度越明显,不论是利用中值还是平均值来计算输沙势,随着时距的增加,计算的DP值逐渐越小。对于用风速平均值计算的DP,1 min的计算结果要比5 min的计算大4.94%,比10 min的计算结果大16.90%,比15 min的计算结果大17.78%;而对于用中值计算的DP,1 min的计算结果要比5 min的计算大4.84%,比10 min的计算结果大16.70%,比15 min的计算结果大17.38%。

腾格里沙漠东南部近地层沙尘水平通量和降尘量随高度的变化特征

沙漠是近地层沙尘物质的重要来源之一,沙漠地区近地层水平输送的沙尘物质随高度的变化特征和不同高度处的沉降量直接影响着沙尘的输送过程.选择腾格里沙漠东南缘流动沙丘区的风沙科学观测场为研究区,利用沙尘水平通量采集器和降尘测量器对近地层约50 m的不同高度水平运动的沙尘和降尘进行了近2年的观测,对沙漠地区近地层水平运动的沙尘随高度变化特征及不同高度的降尘量进行了讨论.结果表明:沙尘的水平通量和降尘量均随高度的增加而减小,二者与高度均可表示为指数函数的关系;同时,沙尘水平通量与降尘量之间存在正相关关系,二者可用线性函数相互转换.

生态系统地表通量测量——多通道波文比观测仪介绍

地表通量是影响生态系统的非常重要的因子,然而,地表通量测量项目多,时间长,测量误差大是一个难以克服的问题。针对上述问题,介绍一种新近研制的测量地表通量的仪器———多通道波文比观测仪。该观测仪能够实现地表通量要素的同步多通道观测,减少测量过程由于人为因素造成的误差,而且可以应用于电源供应困难的偏僻地区。同时,还对多通道波文比仪的温度传感器测量结果进行分析,得出温度传感器电阻值和环境温度之间的线形多项式关系。

腾格里沙漠东南缘春季降尘量和粒度特征

根据腾格里沙漠东南缘风沙科学观测场实测的降尘资料，对该地区春季（3-5月）降尘量和降尘粒度特征进行了研究．结果表明：该地区5月的降尘量最大，其次为4月和3月．春季降尘量的平均值为1053．3kg/hm2．研究区降尘平均粒径较粗，以沙物质为主．分选性较差至很好．偏度近对称至极正偏．峰度中等至很窄．受风速、地表粗糙度和沙源的影响，降尘粒级分布既有单峰，又有双峰和三峰，主要以双峰为主，同时，所有粒径中跃移颗粒约占90％，近距离输送的悬移颗粒占7％左右，而远距离输送的悬移颗粒仅占不到4％．因此可以认为，该地区跃移颗粒的跳跃高度高于前人的研究结果．同时，在腾格里沙漠东南缘的沙漠地区，大气降尘主要以局地的沙粒为主，远源沙尘贡献并不多．

横向沙丘表面气流湍流特征野外观测

沙丘形态动力学特征是风沙地貌的重要研究内容之一,受观测技术等的限制,现有的关于沙丘形态动力学特征的研究成果还不能满足沙丘形成与演化过程研究的需要。利用三维超声风速仪对腾格里沙漠的横向沙丘表面气流特征进行野外观测,结果表明,沙丘脊线和迎风坡中部的气流均为未偏向流,而沙丘背风坡不同高度的气流包括反向流,偏向流和未偏向流。湍流强度、雷诺应力和气流丰富度随气流方向变化而变化,其在沙丘脊线和中部的变化趋势比较简单且有大致相似的规律,而其在沙丘背风坡不同高度比较复杂。

降尘收集方法对沙尘理化性质的影响及环境意义

利用建立在腾格里沙漠东南缘的中国科学院风沙观测场内收集的降尘,分析了不同降尘收集方法收集的降尘粒度、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率,旨在优化干旱区降尘收集方法、确定我国的沙尘源区.降尘物质的微量元素Ba的含量最大,可达255~474μg/g, Nd的含量为0.3~9.6μg/g；常量元素SiO2的含量最大,79.30%, MgO含量最小,0.98%.微量元素的富集因子值在0~3之间,但常量元素差异较大.结果表明,减速法和湿法收集的降尘从粒度分布、化学元素含量、富集因子、硅铝率和硅铝铁率等方面均具有一致性.平均粒径湿法最细（Φ值2.84）,干法最粗（Φ值2.46）.因此,减速法能够作为代替湿法在干旱区进行收集降尘的方法.同时,由降尘的地球化学性质可知,西北干旱区沙漠是我国的主要沙尘源区之一.

甘肃河西地区沙漠化遥感监测评估

河西走廊位于我国西北干旱半干旱区,由于自然环境的变化和人为因素的影响,生态环境脆弱,沙漠化严重。随着遥感和GIS的发展,为沙漠化研究提供了有效的途径。利用2002和2008年6～8月的MODIS数据(空间分辨率为1 km),采用改进型土壤调节植被指数(MSAVI)、地表反照率(ALBEDO)、陆地表面温度(LST)、植被覆盖度(FAVI)和温度植被旱情指数(TVDI)作为沙漠化程度的指标,对河西地区沙漠化特征进行了研究。结果表明:河西地区荒漠化土地面积较大,占总面积的50%以上。2008年的荒漠化土地面积比2002年减少了6 431.64 km2,非荒漠化土地和轻度荒漠化土地面积增加,分别增加了2.55%和0.26%;中度、重度和极重度荒漠化土地减小,分别减小了1.40%、1.09%和0.31%。荒漠化的逆转速度大于发展速度,呈现整体逆转,局部发展的趋势。研究区荒漠化土地以轻度荒漠化为主,2002年和2008年分别占23.64%和23.90%;其次为中度,分别为18.47%和17.07%;重度所占比例分别为12.71%和11.62%;极重度所占比例很小,不到1%。降雨和风速对沙漠化的逆转起主要作用,2008年的降水比2002年多,风速小。

近10年石羊河流域水资源与生态环境遥感监测

在气候变暖的大背景下,石羊河生态环境发生了很大变化。针对流域生态环境的定量监测策略及关键技术,提出石羊河流域尺度的植被覆盖、水库面积、积雪面积等要素因子的快速监测方法,并具体通过实际监测水库蓄水前后面积、植被覆盖时空变化、积雪分布特征,分析石羊河流域生态环境。研究发现:1997-2006年,整个祁连山区域冰川积雪面积呈多波形变化,有线性增加趋势。其中,祁连山东段(石羊河流域上游)和中段积雪面积呈减少趋势,西段呈增加趋势。石羊河流域植被总面积整体上呈持续减少趋势,其中稀疏植被和茂密植被退化最严重,适中植被面积变化不大。红崖山水库面积基本呈增加趋势,最大值出现在2005年,是19.35km2;最小值出现在2001年,为7.4km2。

基于RS的石羊河流域植被覆盖度动态监测

采用NOAA和EOS/MODIS遥感影像资料,计算并分析了石羊河流域1997-2006年的植被演变特点。结果表明,自1997年以来石羊河流域的植被盖度发生了非常明显的变化,植被总体上仍然向退化方向发展,生态环境进一步恶化。植被退化主要表现在稀疏植被和茂密植被的大幅减少方面,稀疏植被有向裸地转化的趋势,茂密植被逐渐向适中植被和稀疏植被转化。

甘肃省近30年平均降水空间模拟方法的研究

生态环境治理以及全球变化研究的需要强化了部分自然地理要素空间模拟研究的重要性。区域多年平均降水量是影响农业生产的主要气象因子,是合理规划种植制度的重要指标。降水资源的研究是有限的降水资源合理利用和配置的依据。本研究利用ArcMap地理信息系统,对国际主要的4种插值算法(距离权重法、趋势面法、样条函数法、普通Kriging法)进行分析,建立甘肃降水空间数据库,计算并比较分析了甘肃近30年平均降水量的时空变化。对各方法进行比较研究,然后根据插值精度选择其中精度最高的一种进行甘肃近30年的降水模拟。研究结果表明:在平均降水量模拟的4种算法中,普通Kriging的计算精度最高。利用最优的插值方法的栅格降水空间数据库,建立的多年平均降水资源信息系统,可快速计算研究区内任一地域单元中降水的总量及其空间变化,对降水资源模拟、工程规划、发展战略及决策管理,均具有重要的意义。

敦煌阳关保护区湿地植物群落优势种种间关系分析

应用χ2检验和Pearson相关系数检验以及Spearman秩相关系数检验方法,分析了甘肃敦煌阳关保护区湿地植物群落中16个优势种的种间关联性,从而可为其湿地的保护、管理和恢复提供科学依据。结果表明：多物种总体关联性检验结果显示16个优势种总体种间呈负关联,表明该群落结构不稳定;χ2检验中呈正相关的物种对有53个,呈负相关的物种对有67个,正负关联比为0.79;Spearman秩相关系数检验与χ2检验和Pearson相关系数检验相比,有较高的灵敏度,其中52个种对呈正相关,68个种对呈负相关,正负关联比为0.76;3种检验结果都表明,大多数种间关联程度不显著,且负关联的种对数多于正关联,说明敦煌阳关保护区湿地植物群落比较脆弱,群落的结构简单,仍处于演替之中。根据Spearman秩相关系数结果,将16个优势种划分为3种类型的生态种组。种间关联性分析对全面认识阳关保护区湿地优势种间的相互关系具有重要意义,可为该保护区湿地资源的可持续利用和多样性保护提供理论依据。

腾格里沙漠沙尘暴天气动力要素特征研究

利用中国科学院风沙科学观测场的近地层观测资料,分析了腾格里沙漠地区沙尘暴天气过程地面摩阻速度、空气动力学粗糙度以及床面剪切力的变化特征。结果表明,在沙尘暴过境时,地面摩阻速度、空气动力学粗糙度以及床面剪切力并不是保持一成不变,而是随时间不断发生变化,各高度层风速之间相关系数大于0.9,具有很显著的相关性。

雅鲁藏布江中游风沙区典型下垫面空气动力学参数研究

近地层空气动力学参数是风沙研究的重要内容。雅鲁藏布江(以下简称雅江)中游是西藏地区风沙灾害最为严重的区域之一,河漫滩和山麓流沙区是雅江中游地区风沙灾害的主要物源区,对其近地表空气动力学参数的研究,有助于对该地区的风沙灾害进行评估和沙尘暴预报预警。选取河漫滩植被区(植被盖度>20%)、人为干扰区(植被盖度<20%)和流沙区(无任何植被)3种下垫面,利用风速廓线法计算摩阻风速(u_(*))和空气动力学粗糙度(z_(0))。结果表明:(1)近地层风速降幅植被区>人为干扰区>流沙区,植被区风速降幅约是流沙区的2倍。(2)不同下垫面近地层风速廓线均可以表达为对数线性函数(uz=bln(z)+a),但拟合参数不同。(3)植被区、人为干扰区和流沙区u_(*)平均值分别为0.73 m·s^(-1)、0.59 m·s^(-1)和0.36 m·s^(-1),z_(0)平均值分别为7.1×10^(-2) m、3.7×10^(-2) m和4.7×10^(-4) m。植被区u_(*)和z_(0)约为流沙区的2倍和150倍。(4)植被区、人为干扰区和流沙区的u_(*)均随平均风速增大而增大,且增幅植被区>人为干扰区>流沙区。(5)植被区和流沙区z_(0)对平均风速的响应方式不同,植被区的z_(0)随风速增大而缓慢增大,流沙区的z_(0)在低风速有减小趋势,当风速增大到阈值(6.5 m·s^(-1))后,z_(0)开始增加。

沙漠地区风沙活动特征——以中国科学院风沙观测场为例

运用中国科学院风沙科学观测场的实测资料，对腾格里沙漠风沙环境特征进行初步分析，内容包括起沙风、风沙活动强度、风沙流结构和沙漠边界层的风速廓线。该地区的起沙风以6～8m／s为主，占总起沙风的71．63％，其次为8～10m／s，占19．24％，两者之和占90．87％；大风日数为4天；风向以W—N组风向为主；占全年的53．14％。年输沙势为36．56VU，风能属于低风能环境，单一主风向和单风态风环境。风沙流主要集中在地表的0．1m，占总输沙量的95．46％。观测场近地层厚度大于50m。

腾格里沙漠西部和西南部风能环境与风沙地貌

腾格里沙漠西部和西南部的沙漠边缘地区位于石羊河流域的下游地区,该地区生态环境脆弱,成为近年来备受关注的区域之一。利用自动气象站2009年年度风况资料和Google Earth影像,对该地区的风能环境与风沙地貌进行讨论,为评价区域风沙活动强度,风沙地貌形态特征提供依据。研究表明,腾格里沙漠西部和西南部的风况、风能环境呈自北向南逐渐变化的趋势,年平均风速西部最大,中部次之,南部最小;起沙风风向在北部以西北风和东北风为主,中部以西北风和东南风为主,而南部以西北风为主,东南风很少。研究区的北部为高风能环境,中部和南部为低风能环境。研究区的沙丘类型主要为格状沙丘,在沙漠边缘的部分地区为新月形沙丘链,南部为植被线形沙垄,其主要是由地形作用形成的,沙垄之间为新月形沙丘链。风能环境、沙源和植被共同影响沙丘的形态参数,研究区中部的风能比南部大,沙源比南部多,植被比南部少,因此,格状沙丘主梁之间的间距要比南部新月形沙垄的间距大。格状沙丘的走向近似相同,均在205°～225°之间。研究区南部有范围较大的植被线形沙垄,其间距在0.8～2.0km之间,平均间距为1.37km;走向为近似南北(164°～176°之间)。

输沙量与输沙势的关系

区域风沙活动在时间、空间和强度上的不确定性,导致对输沙量进行长期测定比较困难。所以,输沙量通常是用来研究短期的风沙活动强度,对长期的风沙活动强度,一般是利用输沙势来衡量,使用这两种指标评价区域风沙活动强度,势必会产生一定的差异。利用中国科学院风沙科学观测场积累的长期输沙量和输沙势观测资料,对区域风沙活动强度进行评价。研究结果表明,月输沙量变化在0.89～18.11kg.m-1之间,而月输沙势变化在0.03～21.01之间,每年的4—5月是风沙活动最为强烈的时期;输沙量随输沙势增加而增加,它们之间可以近似用线性函数来表达。

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时,缺乏长期的、实时观测的数据资料.中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站,2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的.利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料,对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析,旨在说明沙尘暴发生时,近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应.沙尘暴发生时,近地层的湍流度比晴天明显增大,其值随高度的变化表现为先增加后减小,同时,在沙尘暴发生时,湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10m左右.在沙尘暴发生时,虽然风沙活动的时间比较短,但风对沙粒的搬运能力大大增强,由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%.在沙尘暴发生时,由于风速风向及地形等因素的影响,近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性,风沙流随高度变化可以表示为指数函数;同一点的风沙流运动方向并不是单一的,而是在一定范围内摆动;同时,在沙尘暴期间,风蚀和风积交替进行.

腾格里沙漠东南部野外风沙流观测

风沙流是一种沙粒的群体运动,是风沙物理研究的重要内容之一。开展风沙流研究,能够为风沙运动理论与工程实践提供理论支持。由于自然界风的阵性、地表湿度、下垫面属性和风程长度等影响因子的时空变化对风沙流运动的影响,以及长期野外观测的限制,对风沙流的研究目前还不是很完善。本文依据中国科学院风沙科学观测场2005—2009年的长期观测资料,采用赤池信息量准则(Akaike information criterion),对5种风沙流通量研究常用的拟合模型进行对比分析。结果表明,指数函数模型(q(z)=ae-z/b)是平坦沙地上风沙流的最佳表示方式,该模型拟合系数a值在0～600之间,但主要分布在0～100之间,占64.40%,其次为100～150之间,占18.24%;系数b值在0～0.06之间,主要分布在0.015～0.040之间,占91.21%,其中0.025～0.030占26.37%,其次为0.030～0.035,占24.40%。风沙流中的沙粒平均跃移高度与拟合系数b相同。风沙流在运动过程中,主要在高度20cm以下传输。风沙流对地表的风蚀和堆积机率几乎是相等的。