敦煌沙漠-绿洲过渡带近地表风沙动力环境

[目的]探究沙漠绿洲过渡带起沙风况、输沙势、风沙通量和近地表粒度特征,为阐明沙漠绿洲过渡带风沙动力过程提供理论依据。[方法]利用同步风况、输沙通量和近地表断面粒度资料,分析了沙漠、绿洲及其过渡带输沙势时空分布特征。[结果]由于沙漠和绿洲内部物质组成、空间结构和水热状况不同,沙漠—绿洲过渡风速梯度和起沙风累计作用时间差异显著;受沙漠和绿洲的交互作用,沙漠—绿洲过渡带存在两组主导风向。从近地表粒度特征沿程分布来看,自沙漠至绿洲方向,粗沙含量逐渐降低,粉沙和黏粒含量相对增加。沙漠—绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定意义重大。[结论]针对绿洲风沙危害防治,应从局地环流角度出发,充分考虑沙漠—绿洲过渡带的调节和缓冲作用。

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。

典型天气背景下沙漠绿洲过渡带近地表风动力空间变化特征

以地处鸣沙山边缘的敦煌绿洲为例,沿沙漠至绿洲方向设置监测断面,利用沙漠、绿洲和过渡带三点定位气象数据,结合移动式多路梯度风况资料,选取晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴4个典型天气环境,分析探讨了不同天气背景下,沙漠绿洲过渡带局地风况、近地表风速廓线、摩阻速度和输沙势等风动力环境的空间变化特征。由于受沙漠绿洲过渡带的影响,沿沙漠至绿洲方向,平均风速、起沙风频次和输沙势均逐渐减小,主导风向也发生偏转。其中沙尘天气环境下,沙漠、过渡带和绿洲起沙风频次分别为96,48和7,过渡带和绿洲边缘平均风速较沙漠区减小约22.2%和50.2%。研究结果有助于解决绿洲风沙危害,确保沙漠绿洲的生态安全,更能为干旱区绿洲风沙防护体系建设提供理论依据。

巴丹吉林沙漠及其毗邻地区降水特征及风沙环境分析

利用巴丹吉林沙漠及其周边18个气象站点近40a来的气象资料,详细分析了区域降水、风况、大风日数和沙尘暴等环境要素的时空变化规律。由于受沙漠、湖泊和绿洲等景观格局的影响,巴丹吉林沙漠及其毗邻地区气候要素的时空分布存在很大的差异。大风和沙尘天气主要集中在拐子湖和民勤两地,年均沙尘暴日数分别为28.9d和37.3d。沙漠地区降水与其外围相同纬度相比,呈明显下降趋势。沙漠东侧年均降雨量明显高于西侧。年均降雨量最小区域主要集中在额济纳旗,不足50mm;而在沙漠东侧的诺尔公和吉兰泰年均降雨量分别为114.7mm和116mm。通过本研究,不仅为预测巴丹吉林沙漠及其毗邻地区风沙环境发展趋势提供基础资料,也能为揭示区域环境演变规律和生态治理提供科学依据。

沙漠-绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展

受绿洲和沙漠景观格局的双重影响,沙漠—绿洲过渡带是一个对外界条件变化极为敏感的生态环境脆弱带。沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程及其动态演变直接影响绿洲的稳定和有序发展,在空间上制约沙漠的进退或绿洲的变迁。从沙漠—绿洲过渡带局地小气候、沙尘暴、风沙环境、土壤风蚀、风沙输移和绿洲防护体系建设等几个方面比较全面地综述了近数十年来沙漠—绿洲过渡带近地表风沙过程研究进展,并基于当前沙漠—绿洲过渡带生态环境建设与地方需要等面临的实际问题,分析了该领域今后的研究重点和发展趋势。

敦煌鸣沙山月牙泉景区风沙环境分析

基于月牙泉周边7个气象站点同步风况资料,探讨月牙泉周边起沙风况、输沙势以及主导输沙方向的空间分布特征。结合月牙泉周边沙山、建筑物、树木等的方位特点,剖析了近年来月牙泉受沙害困扰的缘由。由于受南北两高大沙山的夹击,该区北风相对较少,西风和南风较强,南侧沙山的北移最为突出,直接威胁月牙泉的存亡。

青藏铁路格拉段风沙危害及其防治

青藏铁路地处高寒低压环境，地表风沙危害形成过程与干旱、半干旱沙漠和戈壁地区有较大差异。青藏铁路沿线多大风、风力强劲、风向相对单一，主导风向以西风为主；各站点年输沙势DP均高于400VU，属于高风能环境，合成输沙方向间于85．8°～89．8°；“风旱同季”，风水复合侵蚀和冻融作用时空交错，地表抗蚀能力差，从而加剧了铁路沿线风沙活动强度。通过对青藏铁路沿线风沙灾害特点、风动力环境、工程防沙措施及其防护机理等分析，提出了青藏铁路沿线风沙危害防治原则和防护体系：应逐步建立以阻沙栅栏、砾石方格、化学固沙、植被恢复相结合的综合防治体系。

青藏铁路沿线砾石方格固沙机理风洞模拟研究

通过对青藏铁路沿线砾石方格内风速特征、固沙效率的风洞模拟实验研究发现,当气流运行至砾石方格前缘,水平风速迅速降低,砾石方格对风速的削弱作用非常显著,达到50%左右。气流在沿砾石方格向下风向移动过程中,水平梯度风速逐渐减小,但其减小幅度比较缓慢。砾石方格中风速随高度的分布遵循对数规律,各方格间风速变化趋势相对稳定。砾石方格地表粗糙度在5.2cm左右,摩阻速度为2.4 cm/s。砾石方格中固沙量随着进口风速的增加而增加,在相同风速下,固沙量随离沙源距离的增加呈指数关系递减。

青藏铁路沱沱河路段风沙危害特征及其动力环境分析

利用青藏铁路沿线沱沱河站详细的风况资料,结合风沙灾害的实地调查数据,在分析沙害特点、来源及其危害特征的基础上,从输沙强度、合成输沙势、起沙风玫瑰及其季节变化等方面对沱沱河路段风沙活动特点及其动力环境做了详细研究。沱沱河路段起沙风向具有明显的季节性,冬春季风向单一,主导风向为西风,持续时间较长。夏季东北风有所增加,出现短暂的多风向季节。年输沙势DP为705.81VU,属于高能风能环境。年方向变率(RDP/DP)为0.84,年合成输沙势RDP为590.42VU,合成输沙方向RDD为89.1°,合成输沙风向以西风为主。

敦煌鸣沙山-月牙泉近地表风沙输移路径及强度

利用鸣沙山-月牙泉景区多点同步风况和输沙通量资料,探讨了近地表流场特征、风沙活动强度及输移路径;基于1985和2009年两期遥感影像,揭示高大沙山动态变化及其对月牙泉的影响。月牙泉主要受南北沙山夹击,尤其是北沙山南移更为突出,直接威胁月牙泉存在。近年来,受地形、周边建筑物和外围树木的影响,月牙泉景区近地表流场改变,导致区域输沙动态平衡破坏。因此,月牙泉风沙防治应从恢复近地表风沙流场角度考虑,遵循风沙动态平衡原则,打通月牙泉景区东风通道,恢复均衡环流结构,这是维系高大沙山与月牙泉共存的关键。

基于三维激光扫描仪的青藏铁路风沙工程效益评价

三维激光扫描技术是近年来发展起来的新型空间信息测量技术。将三维激光扫描技术应用于青藏铁路沿线风沙工程防护体系的效益评价中,通过对铁路沿线典型防沙措施积沙形态特征、断面蚀积廓线以及蚀积量的精确测量发现：砾石方格内垂直铁路方向易形成稳定凹曲面,且方格两侧沙埂处积沙较多,中心部位积沙较少,固沙效果显著。阻沙栅栏有效防护距离为栅栏高度的12倍,单位宽度拦截沙量高达14.93 m3,设置防护体系时,阻沙栅栏间隔应保持其高度的9~12倍。研究结论为青藏铁路沿线风沙综合防护体系的措施选择、结构优化和合理布局提供技术支撑。

敦煌月牙泉景区沙丘粒度特征

对月牙泉外围沙山表面沉积物进行系统采样,结合区域风况,分析了沙山典型部位的粒度分布及其参数特征。月牙泉北侧金字塔沙丘沙粒较粗,分选性较差,正偏趋势显著;月牙泉南侧线形沙丘以细沙为主,分选性较好,分布属正偏态。北侧金字塔沙丘从西南和西北两个坡面到东侧坡面,粗颗粒减少、分选性变好,但趋势不明显,说明金字塔沙丘未发生明显移动;而南侧线形沙丘自南侧坡面向北侧坡面沙粒粒径变小、分选变好,较细的沙粒被搬运并沉积北侧坡面,搬运作用十分明显,即线形沙丘向月牙泉方向发生明显移动。通过粒度分析风沙动力环境表明,月牙泉风沙危害主要来自南侧沙山北移。

青藏铁路沿线阻沙栅栏防护机理及其效应分析

对青藏铁路沿线阻沙栅栏的流场结构、阻沙效率进行风洞模拟实验,对沱沱河路段阻沙栅栏的野外积沙形态进行观测。结果显示,气流经过栅栏时有遇阻抬升、集流加速、减速沉降区和消散恢复区。在越过栅栏后形成两个减速恢复区和两个加速区,减速区分别距地表3 cm和20 cm处,加速区分别位于近地表和35 cm高度处。随来流风速的增加,栅栏前加速区起始范围向栅栏逼近,而栅栏后恢复区起点向远离栅栏方向发展。当气流越过栅栏后风速急剧降低,导致沙粒减速沉降。随进口风速的增加,栅栏间阻沙量和越过栅栏后输出沙量呈指数关系递增。铁路沿线采用的栅栏阻沙效率达80%以上,且随风速的增加呈线性关系递减。沱沱河路段阻沙栅栏西南侧以风蚀为主,最大风蚀深度达16.7 cm,其余区域表现为积沙,最大积沙厚度达19.9 cm。

气候变化对风水蚀复合区的影响

风水蚀复合区作为农牧交错带的敏感区域,对气候变化有着显著的响应。通过实地考察和气象资料的分析,厘定了风水蚀复合区的概念并对其范围加以界定。由于风水蚀复合区区内气候类型复杂、侵蚀动力多样、风季和雨季的交错分布及其脆弱的生态环境,造成水土流失和沙漠化相当严重,并发育了独特的地貌景观。风水蚀复合区的界限受降水的影响而呈南北摆动,干旱年,向东南方向移动;多雨年,向西北方向移动。

青藏铁路北麓河路段风沙防护体系阻沙效益

在分析青藏铁路北麓河路段风沙灾害现状和风沙环境的基础上,将三维激光扫描技术应用于风沙工程防护体系的效益评价中,利用Leica C10三维激光扫描仪精确测量青藏铁路两侧典型防沙措施及防护体系积沙形态特征和风沙堆积量,评估防护效益。百叶窗条形阻沙栅栏单宽积沙体积最大,为18.31m3,其次为不通风条形阻沙栅栏,单宽积沙体积为13.66m3。阻沙栅栏最大防护距离为12 H,即上风向-3~0 H范围和下风向0~9 H范围内,双排结构的阻沙栅栏无论积沙范围或积沙量均较单排结构阻沙栅栏好。在栅栏上风向,沙粒自距栅栏5m处开始沉降堆积,越靠近栅栏,积沙厚度越大。在阻沙栅栏的下风向,单排结构阻沙栅栏积沙范围为15m,双排结构阻沙栅栏积沙范围可达20m。

不同结构单排林带防风效应的风洞模拟

风速大小、林带疏透度及高度都会对林带周围气流产生影响,使气流在林带两侧发生分离或积聚,从而形成不同的防护功能区。为探求林带结构对防风效应的影响机理,选取10组高度和疏透度不同的林带模型,对其防风效应进行了风洞模拟实验,通过绘制加速率等值线图及其变化趋势线、防风效应图,并计算不同结构单排林带的有效防护距离,进而揭示风速、林带疏透度和高度对林带上风向和下风向风速、防风效应和有效防护距离的影响规律。