黄河流域西柳沟中游输沙势及风沙入黄量估算

以十大孔兑之一的西柳沟风沙区为研究区,通过野外监测与室内分析相结合,对研究区风况和输沙势特征进行分析,同时开展风沙流活动观测,测定流域两岸不同下垫面输沙通量,再通过函数拟合法科学估测风沙入黄量.结果表明:(1)研究区属于中等风能环境区,年均起沙风风速为6.41m/s,年均起沙风频率为17.85%,最大风速为11.37m/s;(2)不同时间尺度合成输沙势方向趋于一致,均以偏东南方向(SE,SSE)为主,年方向变率指数属于中等变率,年合成输沙势方向(RDD)为SSE方向,直接导致大量沙物质输入河道;(3)不同下垫面垂向输沙通量存在显著差异,流动沙地、半固定沙地和固定沙地风沙入黄量占比分别为77.09%、15.30%和7.61%.流域地表输沙率垂线变化表明不同下垫面总输沙率与风速均呈较好的指数函数关系,因此利用输沙率(q)、起沙风时长(h)与断面长度(d)之间关系,估算西柳沟流域年均风沙入黄总量约为8.09×10^(5)t/a.本文旨在探究西柳沟流域不同下垫面输沙率与风速两者之间耦合关系,为风沙入黄防治工作提供数据基础,从而降低风沙问题对黄河流域造成的安全隐患.

2005-2020年鄱阳湖沙地输沙势特征分析

鄱阳湖沿岸风沙活动对经济发展和生态环境产生较大危害。探究环湖风沙环境和输沙势(DP)的时空变化,了解鄱阳湖沙地侵蚀规律,对鄱阳湖防沙的重点区域具有重要意义。基于2005—2020年鄱阳湖沿岸九江、庐山、星子、永修、都昌、鄱阳和南昌7个气象站点的风况数据,利用输沙势分析其沙地的风能环境特征。结果表明:1)2005—2020年鄱阳湖沿岸的起沙风速波动减小,起沙风风频冬季最高,夏季最低,风向偏北。2)研究区内DP年际变化整体呈下降趋势,季节差异性较大,春冬季大于夏秋季;空间异质性显著,呈北高南低,西高东低的空间格局,庐山和星子最大,鄱阳最小。庐山站处于中风能环境,其他6个站点属于低风能环境。DP的风向集中分布在N-NE,合成输沙方向指向偏西南。3)风向变率存在明显的区域差异现象,南昌和永修表现出较大变率的单峰状态,其他5地则较多处于中等变率的双峰状态。总体上,DP时空演变差异与沙地面积变化一致,合成输沙势与沙地面积同期增大或减小,高值区分布在沙地面积较大处。建议以鄱阳湖西北部、都昌、永修为沙化防治的重点区域。

巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况及输沙势特征

[目的]起沙风和输沙势特征是评估区域风能环境的关键指标。分析巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况和输沙势变化特征,揭示该地区近地层风动力特点及风沙活动强度,评估区域风能环境状况,为研究区风沙运动研究和科学防沙治沙工作提供理论依据。[方法]基于巴音温都尔沙漠东北缘气象站2017—2021年的风况数据,系统分析了该区域起沙风风况和输沙势变化特征。[结果](1)该地区年均起沙风频率为43.70%,平均起沙风速为7.57 m/s,二者均以春季最高。不同季节和年均起沙风均以偏西(W,WSW,SW)和偏南(S,SSE,SE)风向为主。(2)年均输沙势(DP)为68.36 VU,合成输沙势(RDP)为29.39 VU,风向变率指数(RDP/DP)为0.43,合成输沙势方向(RDD)为91.33°,春季输沙势(DP)和合成输沙势(RDP)显著高于其他季节。(3)研究区起沙风平均风速对输沙势的影响大于起沙风频率,风沙活动强度主要由风速大小决定。[结论]巴音温都尔沙漠东北缘整体属于低风能环境,地表沙物质全年向东输移,春季是最主要的风沙活动期。6月是人工防护林建设和飞播造林治沙的关键时期,建议栽植防护林和飞播种子的走向与输沙势方向垂直,从而阻断沙物质持续东移。

FRYBERGER输沙势计算方法及其估算值偏差分析——以塔克拉玛干沙漠为例

以塔克拉玛干沙漠地区2007年5个观测站及策勒站2007-2013年逐时观测数据为例,详细介绍了FRYBERGER输沙势计算方法和步骤,并对输沙势含义和易混淆的问题进行了解释说明。基于输沙势公式定义输沙势基准值,通过比较FRYBERGER输沙势估算值与基准值之间的差异,分析了不同观测点之间年均输沙势及其各风级输沙势分量的估算偏差。结果表明:(1)风速观测值的平均时距愈短,风速脉动性作用愈显著,导致输沙势计算值偏大。(2)输沙势的贡献率主要集中于I、II风级,其分布形态不同于起沙风频数分布。(3)FRYBERGER方法估算各测站年均输沙势时,采用FRYBERGER风速中间值产生的估算偏差最小。(4)输沙势估算偏差具有区域和年际性变化(策勒站为例)。(5)各风级风速代表值对输沙势分量的估算偏差产生影响,其最佳组合随观测点和年份而变化;采用最佳组合可有效减小输沙势估算偏差。

科尔沁沙地奈曼旗近5年来风况及合成输沙势

应用奈曼沙漠化研究站1998—2002年的气象资料,统计分析了奈曼旗近5a来的风况特征和输沙势。结果表明:①研究区3～5月起沙风发生频数最高,占全年起沙风的38%～58%;平均风速和最大风速值最大,分别为6.0～7.5m·s-1和9.5～16.9m·s-1。该风况特征与地表冻融、裸露、干旱疏松相耦合,形成了区内的风沙活动期。②在风沙活动期内,风环境基本为锐双峰风况,西北风居主导地位,频数占54%;南风和西南风次之,频数占38%。③在风沙活动期内,研究区属于高风能环境,合成输沙势RDP为66.3VU(风速以m·s-1为单位),合成输沙方向RDD为ESE113°。

腾格里沙漠东南缘输沙势与最大可能输沙量之比较

利用腾格里沙漠东南缘沙坡头站20年风况自记资料,计算了输沙势和最大可能输沙量,深入研究了二者之间的定量关系。另外,通过矢量合成法则,对合成输沙势和合成输沙量的关系也做了进一步研究。输沙势和最大可能输沙量不仅在量值上关系显著,而且在16个方位上的分布规律也存在一定的相关性。

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%。

莫高窟窟顶风况及输沙势研究

以1998—2001年莫高窟窟顶自动气象观测站记录的风资料为基础,通过对风况的统计和输沙势的计算,从风沙环境特征阐明了研究区主要受西北、东北和偏南三组风向共同作用。三组风况出现频率明显不同,其输沙势有一定差异。研究区风向变率指数较小,风况复杂,属于中风能环境。通过对风况的分析及输沙势的理论计算,以期对莫高窟的风沙危害防治提供科学理论依据。最后通过对莫高窟2001年输沙势(量)的对比计算,指出了现有输沙势公式存在的局限与不足。

莫高窟顶输沙势研究

本文以1992-1994、1998-2001年莫高窟顶自动气象观测站2m高度,时距15min记录的风资料为基础,通过对风况的统计分析和输沙势的计算,从风沙环境特征阐明该区主要受西北、东北和偏南风三组风向共同作用。三组风况出现频率和输沙势明显不同。该区风向变率指数较小,风况复杂,属于中风能环境。通过对风况的分析及输沙势的理论计算,以期对莫高窟的风沙危害防治提供科学理论依据。

塔克拉玛干沙漠输沙势时空分布特征

利用塔克拉玛干沙漠22个气象站(周边21个站和沙漠腹地1个塔中站)2005—2007年的逐时风记录数据,首先基于输沙势定义计算了2007年各测站的16个方位的输沙势;其次以内积相似度指数聚类分析为基础,再结合其空间分布特点,把该沙漠的动力输沙环境划分为5种类型:沙漠东部库尔勒型(西西南型)、北部新和型(偏南型)、西部策勒型(偏东型)、南部民丰型(东东北型)和一种特殊类型;其中策勒型输沙势最大、新和型最小;民丰型输沙势方向稳定性最好、库尔勒型最差;此外,输沙势的季节差异上(2007年为例),各测站春夏季(3~8月)的输沙势都很强,占年均输沙势的81.29%~98.79%,尤其是5月份占年输沙势的22.7%~56.8%,冬季(11月~次年2月)几乎无起沙风;沙漠合成输沙势年际变化表现为:输沙势变幅为±33%,输沙方向变幅为±9.6°,其中输沙势值变幅最大是阿拉尔站(±80%),方向变幅最大的是库车站(±24.4°)。

阿尔金山国家级自然保护区东北部风况及输沙势特征

利用阿尔金山国家级自然保护区依协克帕提保护站实测的2017—2021年风速、风向数据,对阿尔金山国家级自然保护区东北部风况与输沙势进行了分析。结果表明:(1)阿尔金山国家级自然保护区东北部近5年年均风速和年均起沙风速起伏变化不大,年均风速为3.10 m·s^(-1),年均起沙风速为7.67 m·s^(-1),年均起沙风频率为8.57%,春夏季起沙风频率高于秋冬季。(2)起沙风风向的季节变化差异大,冬春季主导风向为W、SW和WSW,夏季风向以NE和E为主。(3)年输沙势(DP)均值为580.23 VU,属高风能环境(>400 VU);年合成输沙势(RDP)均值为266.69 VU,合成输沙方向(RDD)季节性差异大,年输沙势的方向变率指数(RDP/DP)均值为0.36,属中等方向变率的锐双峰风况。(4)全年输沙势季节差异较大,春季输沙势最大,夏季和冬季次之,秋季最小。冬春夏季输沙势的方向变率指数分别为0.90、0.41和0.20,分别属于低变率、中变率和高变率。

青海湖湖东沙区风季起沙风况及输沙势特征

风向风速矢量统计、输沙势计算以及风况风能环境分类是研究沙区风沙地貌动力学的重要内容。文中以青海湖湖东沙区为研究对象,使用2006、2009、2012及2015年3、4、5月的逐时风速风向数据,计算起沙风、输沙势的数值及方向,分析评估风季研究区风沙活动特征及风能环境,结果表明:1)青海湖湖东沙区起沙风以西风组为主,东风组几乎没有起沙风。2)青海湖湖东沙区的输沙势以W、WNW、WSW、SW,4个方向为主,各月各方向输沙势值均在16.9VU以下,各月合成输沙势RDP低于30VU,4年风季输沙势值均低于65VU,年输沙势值小于200VU,属于低风能区。3)合成输沙方向RDD全部位于ENE、E、ESE这3个方向上,该沙区属于单峰或者窄双峰风况,潜在输沙方向比较单一。

巴音温都尔沙漠风况及输沙势特征

巴音温都尔沙漠为阿拉善高原东部低山丘陵盆地型沙漠,由独立、间断分布的博客台沙漠、海里沙漠和白音查干沙漠组成,本文利用巴音温都尔沙漠区4个气象站实测的2016—2020年风速、风向数据,分析了该区风况和输沙势变化特征。结果表明:巴音温都尔沙漠2016—2020年年际间风速变化不大,年平均风速为6.12 m·s^(-1),年平均起沙风风速为9.33 m·s^(-1)。风速月际间变化较明显,呈显著的春季、夏季两极分化趋势,春季起风的频率最高(最高达67.77%);主导风为WSW偏W风向,4个气象站的年输沙势均值为359.99 VU,年合成输沙势均值为204.46 VU,年输沙势的方向变率指数均值为0.55,整体属于中风能环境,中等风向变率,钝双峰或锐双峰风况。输沙势季节差异大,冬季输沙势最大(453.72 VU),夏季输沙势最小(287.74 VU)。根据风况和输沙势分析,建议对该区进行长期的风沙流观测,从风能环境和风沙活动规律方面为巴音温都尔沙漠区风沙灾害防治提供科学依据。

荒漠-绿洲过渡带风况及输沙势分析--以策勒县为例

以中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外观测研究站2005-2006年的气象资料为依据,分析了塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带的风况特征和输沙势变化情况。结果表明：①研究区风向以W风为主,频率占62.43%~76.25%,WNW风次之,频率占17.75%;②该区起沙风主要发生在春夏两季,其频率占全年的11.93%~61.84%,6月出现频率最高,且春夏两季起沙风平均风速较大,最大达7.90 m/s;③在风沙活动期内,研究区风向变率指数（RDP/DP）为0.94,属于单风风况,合成输沙势（RDP）及合成输沙方向（RDD）分别为27.98VU和92.10°（ESE）,属于低风能环境。输沙势的季节变化幅度较大,主要集中在春夏两季。

库姆塔格沙漠东缘荒漠绿洲过渡带风况及输沙势

以国家林业局库姆塔格荒漠生态系统定位研究站2012-2013年的气象资料为依据,分析了库姆塔格沙漠东缘荒漠-绿洲过渡带的风况特征和输沙势变化情况。结果表明:1)研究区主要受WNW-NW和ENE-NE两组风向起沙风控制,其中主风向为WNW-NW,占全年起沙风的35.15%,次风向为ENE-NE,占全年起沙风的24.80%;2)该区起沙风主要发生在春季和夏季,占全年起沙风的72.59%,春季起沙风主风向为ENE,其他季节起沙风的主风向为WNW方向。3)在风沙活动期内,年合成输沙势(RDP)为54.73VU,合成输沙势方向(DDR)为S189°,研究区属于低风能环境。研究区输沙势的大小具有明显的季节性,其中春季和夏季具有较高的总输沙势(DP)和合成输沙势(DDR)。

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。

晋北沙漠化地区起沙风风况与输沙势

利用10个气象站点2001、2005、2010、2014年风速数据,计算并分析了晋北沙漠化地区起沙风风况及输沙势时空变化。结果表明:研究区年均起沙风频率和起沙风平均风速均为春季最大,冬季次之,夏季最小,各季节和全年年际变化均表现为大致减小趋势;输沙势显示研究区春季处于中风能环境,是最主要的风沙活动期,其他季节和全年整体上均处于低风能环境;春季风能环境总体呈减弱趋势,这可能是导致研究区2000年以来沙漠化逆转的重要因素之一;受地势影响,研究区春季风能环境呈北高南低、东高西低趋势,最高值位于东北部的大同盆地。

艾比湖地区的输沙势分析

利用艾比湖地区 5个气象站 196 1- 2 0 0 1年的观测资料分析输沙势变化 ,结果表明 :(1)艾比湖地区合成输沙势春季最大 ,平均是 131.4VU ,夏季次之 ,是 89.9VU ,冬季最小 ,是 4 5 .4VU。四季合成输沙势在 2 0世纪 6 0年代最大 ,90年代最小 ;春季、冬季从 6 0～ 90年代一直减小 ;夏季、秋季在 80年代有次高出现。各季的最大值出现年代不同 ,最小值均出现在 90年代 ;(2 )年合成输沙势从 6 0 - 90年代减小 ,80年代中期到 90年代减小较快 ,最大值是 1977年的 12 4 .3VU ,最小值是 1999年的 4 5 .8VU ,平均是 87.7VU ;(3)沙尘暴、扬沙在 6 0 - 70年代年出现日数较多 ,70年代中期达到最多 ,随后开始下降 ,90年代初达到最少 ,之后 ,稍有增大。

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据,系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明:(1)毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。(2)毛乌素沙地春季(3—5月)起沙风频率和输沙势最大,分别占全年的46.23%和52.97%。(3)起沙风频率的日内变化呈单峰曲线:16:00起沙风频率最大,为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线:00:00起沙风平均风速最大,为7.84 m·s-1;14:00起沙风平均风速为7.63 m·s-1,是次峰值。(4)毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU,按照Fryberger风能环境划分标准,属于低风能环境;方向变率指数RDP/DP为0.51,中比率,钝双峰风况,其中偏北峰值远大于偏南峰值。

内蒙古阴山北麓荒漠草原风况与输沙势研究——以希拉穆仁草原为例

以内蒙古阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站2016年-2020年UGT自动风蚀监测系统采集的风速、风向数据为依据,分析了希拉穆仁荒漠草原的起沙风风况和输沙势变化情况。结果表明:1)研究区年平均起沙风速为6.35 m/s,年平均起沙风频率为8.33%,以偏西风(W、WNW、NW)为主风向。2)起沙风平均风速的日内变化14时达到最大,23时最小。起沙风频率的日内变化呈单峰曲线,15时达到最大。3)年均输沙势为144.87VU,合成输沙势为111.31VU,方向变率指数(RDP/DP)为0.77,合成输沙势方向RDD为98.33°。其中,春季输沙势最大,占全年输沙势的48.31%,偏西风(W、WNW、NW)最强。4)随着起沙风平均风速增大,输沙势也呈增大趋势,二者的拟合曲线为y=31.936x^(2)-380.55x+1137.2,R^(2)=0.8252;随着起沙风频率的增大,输沙势也呈增大趋势,二者的拟合曲线为y=0.0591x^(2)+1.0573x-2.5096,R^(2)=0.9738。根据风况和输沙势分析,建议从垂直于输沙势方向采取工程或植物防护措施,从而减轻内蒙古阴山北麓-希拉穆仁荒漠草原的风力侵蚀,减缓荒漠草原沙化的进程。