古尔班通古特沙漠腹地半固定沙垄顶部风沙运动规律

利用DETI可移动测风系统,结合多向集沙、阶梯式积沙和总体沙面活动强度观测,系统研究了古尔班通古特沙漠腹地半固定沙垄表面风沙运动规律。结果表明:沙漠腹地沙垄两坡和垄间多被植被与生物结皮覆盖,地表处于稳定状态,地表输沙主要集中于垄顶部至两坡上部。系统性天气条件下,气流以净风状态在迎风坡持续加速,至垄顶迎风侧边缘流速增至最大并开始起沙,风沙流越过垄顶后受植被阻挡和回旋涡流的双重影响,在垄顶背风侧上部急剧减速并发生沙物质沉积,此后气流速度又逐渐恢复。起沙风由沙垄两侧交替入射,不断将沙物质从垄顶一侧搬运到另一侧。流动带两侧沙面活动剧烈,流动带中部作为过沙床面,蚀积变化低于两侧。垄顶输沙量沿垂线方向呈指数分布,输沙率、各高度层输沙量以及沙物质输移高度都随着风速的增大而增大。垄顶部距地表6 cm和10 cm以内的输沙量分别占总输沙量的80%和90%。垄顶输沙势与实测输沙量之间具有良好的相关性,初步推测1VU的输沙风能在垄顶1 m的过沙宽度上可以产生25 kg的输沙。

古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速变化规律研究

于2007年春季(风季),利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行实地观测,系统研究沙垄表面2m高度气流速度变化规律,发现坡脚风速、入射角和坡面形态对其有显著影响。在大气呈中性稳定的条件下,风速由迎风坡脚至丘顶逐渐加速,在垄顶达到最大,至背风坡的中上部剧烈降低,此后又逐渐恢复。垄顶风速随坡脚风速的增大而线性增大。在相同风速条件下,大角度入射时迎风坡的风速增加幅度和背风坡的风速降低幅度均明显高于小角度入射的情形,可见入射角的大小控制着沙垄表面风速的变化幅度。地形对风速变化的影响在于,在缓而长的坡面上,迎风坡风速放大率较短而陡的坡面要大,当短而陡的坡面作为背风坡时,风速的降低则较缓长的坡面更为剧烈。对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风流速度变化规律进行研究,将有助于理解半固定沙垄表面的蚀积过程和动态,为科学防沙治沙提供理论依据。

古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风的脉动特征

利用DETI可移动测风系统,对古尔班通古特沙漠半固定沙垄进行实地观测,获取了主要风季沙垄表面7个典型部位200 cm高度的风向及距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm5个高度的风速系列数据。对风速和风向的脉动特征进行分析研究,发现凸起的沙垄不仅影响平均风速在沙垄表面的变化,亦对风速及风向脉动产生显著影响。结果表明,平均风速沿迎风坡逐渐增大,至垄顶达到最大,在背风坡中上部剧烈降低,随后又缓慢恢复。随着入射角的增大,平均风速在沙垄表面的变化幅度也在增大;绝对风速脉动具有与平均风速相同的变化趋势,且随距地表高度的增加绝对风速脉动值亦在增大;就相对风速脉动(阵性度值)而言,背风坡阵性度值要高于迎风坡,其中背风坡中上部是整个沙垄表面阵性度最高的部位,这与背风侧涡流的存在密切相关;沙垄背风坡风向脉动强度远比迎风坡大,随着入射角的减小,背风坡风向的偏转作用也在加强,而涡旋作用相对减弱。

古尔班通古特沙漠半固定沙垄面的蚀积特征

由沙粒传输的时空变化产生的蚀积分布规律决定了沙丘的形成，发展及消亡。本文通过1995年4月至10月整个风季不同时期的实地观测和对风资料的研究，对古尔班通古特沙漠自然状态下半固定沙垄的蚀积特征进行分析和论述。

风向对半固定沙垄表面风速影响——以古尔班通古特沙漠为例

利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速进行实地观测,获取了主要风季不同风向条件下沙垄表面7个典型部位距离地表20cm、40cm、60cm、100cm和200cm5个高度的风速系列数据,系统研究风向对半固定沙垄表面坡面风速及风速廓线的影响。结果表明,迎风坡的气流加速和背风坡的风速降低现象在实际观测中得到证实,但受风向的影响甚大。垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率则随入射角的增大呈线性关系递减。大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况。无论气流以何种角度入射,距沙垄表面20cm高度气流的加速均较其他高度缓和。沙垄底部和坡中下部的风速廓线变化趋势基本一致,且呈较好的对数拟合关系;两坡中上部和垄顶部的对数拟合方程相关系数偏小;受回旋涡流的影响,风速廓线在背风坡上部有明显偏折,初步断定涡流中心在距地表40cm左右的高度。

放牧对古尔班通古特沙漠南部沙垄地表性质的影响

分别于2002年和2005年对古尔班通古特沙漠南部的同一条半固定沙垄,进行了放牧前后的地表覆盖(包括植物和生物结皮)、沙面活动强度和土壤理化性质的系统监测和研究。主要结论如下:2002年,自然沙垄80%以上的地表被植物和生物结皮所覆盖,除沙垄顶部外,其他部位基本处于稳定状态。2005年受放牧干扰的影响,生物结皮破损率达到80%以上,同期植物覆盖不及2002年的1/5,特别是短命植物变化最明显。2005年输沙势只有2002年的1/3,但沙面活动强度是2002年的2.6倍,活动区域也从垄顶部扩展至整个沙垄表面。放牧后地表组成物中的中沙含量增加了13.9%,而细沙和极细沙含量分别减少了7.4%和8.0%,沙垄各部位有机质含量在放牧后一个风季即下降了近1/2。可见,放牧造成地表保护条件的多重损害,使沙漠地表稳定性趋于丧失。其细粒物质及有机质的大量流失,也将对我国温带荒漠生态系统的可持续发展产生重要影响。

春夏季放牧对古尔班通古特沙漠南部土壤种子库和地上植被的影响

位于新疆北部准噶尔盆地腹地的古尔班通古特沙漠,是世界上温带荒漠生物多样性的精华和最为丰富的典型区域。历史上这里就是北疆羊和部分马匹重要的冬牧场,但近年来的放牧活动在春夏季也开始进入沙漠腹地,使地表性质与植被覆盖发生了明显改变。应用野外随机取样与室内萌发实验相结合的方法,对比研究了古尔班通古特沙漠南部春夏季放牧和冬季放牧沙垄土壤种子库差异及其与地上植被的关系。结果表明：冬季放牧沙垄种子库种数为24种,而春夏季放牧沙垄有20种,后者明显减少了植物种数。冬季放牧沙垄种子库密度为（353.2±87）粒.m-2,而春夏季放牧沙垄为（189.1±23）粒.m-2,比前者减少了88%。两类沙垄土壤种子库的生活型组成都以一年生植物为主,相似性系数为0.711。相同沙垄不同部位的物种相似性系数在0.429~0.600之间,异质性较大,尤其表现在除垄顶之外的其他部位。冬季放牧沙垄和春夏季放牧沙垄地上植被中分别有植物36种和26种,各生活型所有物种均为后者低于前者,其中短命、类短命物种数量减少幅度最大。春夏季放牧沙垄地上植被的物种多样性和均匀度降低,而优势度升高。回归分析显示,冬季放牧沙垄定植群落有21%的变异来源于土壤种子库,而春夏季放牧沙垄有51%的变异来源于土壤种子库,可见不同季节的放牧干扰显著影响土壤种子库及其与地上植被的相关关系。