林带冬季相立木疏透度及其设计方法的研究

研究林带冬季相结构设计方法是针对我国北方干旱沙区气候和风沙活动特点,为沙区新垦绿洲防护林体系建设服务的。用随机概率法推导曹新孙立木疏透度与疏透度之间的近似数值关系,得知立木疏透度最佳值为3.3;根据生物器官间生长量的相关性提出林带冬季相结构设计方法,测算了新疆杨、沙枣等六个常用防护林树种的设计参数。     

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。     

层次分析法在民勤绿洲农田防护林生态效益评价中的应用

基于防护林的定位观测数据,利用AHP法建立了防护林生态效益评价指数,并用该指数评价了民勤绿洲不同状态防护林的生态效益。结果表明,防风效益是决定民勤农田防护林的关键因素,林网内温湿度改变率、土壤有机质和土壤水分的改变率等因素对防护效益的影响也较大。防护林层次结构和疏透度是影响防护效益的主要参数。综合评价结果表明,疏透结构、林下乔灌草结构完整的林网防护效益相对较高,而通风结构或紧密结构、林下层次结构不完整的防护效益并不高。     

基于DPSIR模型的河西走廊农田防护林健康评价

农田防护林健康对维护绿洲生态安全、减少风沙灾害、改善局地小气候、提高农作物产量等具有重要的意义。综合运用熵值法和层次分析法确定指标权重,基于驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）模型对河西走廊农田防护林健康状况进行了评价。结果表明：（1）河西走廊农田防护林整体上处于亚健康水平,瓜州县、酒泉市肃州区、嘉峪关市和临泽县的农田防护林处于健康水平,民勤、民乐、高台和阿克塞的农田防护林处于不健康水平,其余区县农田防护林处于亚健康状态。（2）林带连续性、疏透度、修枝情况和地区经济收入是驱动区域农田防护林健康状况的关键因素。     

绿洲-荒漠交错带防护林与自然植被的协同防风效能及优化模式探讨

以新疆准噶尔盆地南缘绿洲-荒漠交错带为研究区,研究了该区防护林与其外围自然植被的协同防风效能,进而构建了二者协同配置的优化模式。结果表明:①在有障碍物(防护林、自然植被)存在时,风表现出显著的规律性,即在0.5 m和1.5 m高度处,防护林与自然植被协同后对风速起到了减弱作用。对于疏透结构林带,风速的减弱程度为自然植被内部>自然植被与防护林之间>防护林外部;对于紧密结构林带,当风速较小时,风速的减弱程度为自然植被与防护林之间>自然植被内部>防护林外部。②防护林带的冠层体积(V)、单位长度林带段胸高断面积(S)、株行距(Q)与自然植被的平均高度(H)、覆盖度(C)协同后和两高度处的相对风速存在极显著相关关系,据此以编程运算得到最小相对风速下二者协同配置的优化模式,即在0.5 m高度处,当V=62.1476 m3、S=0.5756 m2/50m、Q=5.5645 m2、H=1.6889 m、C=0.2878时,二者的协同防风效能达到85.07%;在1.5 m高度处,当V=62.1476 m3、S=0.5237 m2/50m、Q=5.5645 m2、H=1.8154 m、C=0.3073时,二者的协同防风效能达到74.67%。对不同相对风速下二者协同配置的优化模式进行了预测。     

敦煌莫高窟窟前林带防护效应的风洞实验

洞窟环境包括窟内的温度、湿度、光照、气流等环境因素的适宜程度,对保护洞窟内的壁画和彩塑是十分重要的。洞窟环境不仅因洞窟所处的位置、大小、型制、有无窟门及窟门形式等而异,而且与窟外整个大环境密切相关。不同风况对洞窟内的气流交换起着重要的作用,也是造成石窟壁画彩塑风沙尘粒沉积、崖面风蚀的主要原因。通过风洞模拟实验,从窟前流场、洞窟环流、崖角形状及其受力等几个方面研究了窟前林带的防护效应和崖角防风蚀机理。结果表明：从控制洞窟水汽因素来讲,窟前以通风结构林带最佳,疏透结构林带次之,紧密结构林带欠佳。控制窟前林带灌溉强度,建立多次、少量的窟前林带灌溉制度,同时,在偏东风条件下尽量减少对窟前林带的灌溉,是控制林带生长和底层洞窟侧渗的重要一环。考虑到促进洞窟自然通风的需求,采用一定疏透度的窟门和采取必要的强迫通风,能够较大改善洞窟的自然通风和环境适宜状况。     

不同类型林带防护效应的数值模拟

分别对紧密、疏透、通风型林带绕林流场进行了数值模拟,分析了林带结构特征对绕林带流场的影响,比较了不同林带结构在同一高度上的沿流相对风速变化情况,并指出了它们各自的适用范围和在防沙治沙中的作用。     

干旱区新垦绿洲防护林体系的防护效益分析——以克拉玛依农业综合开发区为例

克拉玛依新垦绿洲内部光、热、水、土资源丰富,但生态环境极为恶劣,存在干旱、风沙和盐碱等生态问题,严重阻碍着农业生产的持续发展。通过建立有效的防护林体系来改善种植区生态环境,以保证农业生产的顺利进行。结合野外实地调查资料,对研究区内绿洲防护林林带特征和现有防护林的防风效能、气温、相对湿度等小气候等指标进行了测定比较,结果表明：背风面随着距林带距离的增加,其防风效能呈现递减的趋势,随着防护林的生长,其防风效果也随之提高;在背风面垂直方向上自上而下防风效能呈现递增的趋势,林带有叶期的防风效果明显优于无叶期。林带较之荒漠区具有一定程度的降温增湿作用,同时林带对于防护林内土壤温度和土壤水分的调节作用也很显著。     

防护林搭配灌草条件下的PIV实验研究

在低速风洞中,利用粒子图像测速仪(PIV),采用2帧-互相关的分析方法,对疏透度为30%、带前搭配灌草的防护林绕林流场的流动特征进行实验测量,获得其较大范围(11 H×3 H,H为防护林高度)绕林流场的速度矢量分布图、流速分布图和涡量分布图,与带前无草的防护林流场进行对比分析研究,并且利用CFD软件STAR CD对其数值模拟计算,从而发现防护林在搭配灌草条件下对防护林防护效应的影响。     

特大风区防翻车挡风墙工程设计的风洞实验研究

在我国新疆特大风区为防止火车车辆倾覆设置挡风墙。实验测定挡风墙的表面压力分布、最佳疏透度、路基高度和不同轨心距的挡风墙合理高度等指标，挡风墙工程以高３ｍ紧密结构矩形体为宜。     

Evaluating the optimal porosity of fences for reducing wind erosion

Porosity is the most important parameter determining the shelter efficiency of fences. Wind measurements were made around fence models with different porosities in a wind tunnel. The optimal fence porosity is evaluated by means of Gandemer’s method that combines the effects of wind reduction and turbulence fields on the shelter efficiency for abating wind erosion. Defining the optimal porosity must take into account of its own purposes, required shelter degree and area to be sheltered. Turbulence has profound impacts on the shelter efficiency of high degree. Two concepts: absolute optimal porosity and practical optimal porosity concerning optimal porosity are proposed. Choosing the practical optimal porosity means reducing cost without significant expense of shelter efficiency. According to the evaluation in present study, the absolute optimal porosity for providing high degree of shelter to abate wind erosion is 0.20 while the practical optimal porosity is around 0.40. If a less shelter degree but over wider area is required, the absolute optimal porosity ranges from 0.05 to 0.10 and the practical optimal porosity is 0.10. For any degree of shelter for abating wind erosion effectively, the fence porosity must be less than or equal 0.40.     

不同间距双排尼龙阻沙网防风效应的风洞模拟

为揭示风速和间距对双排尼龙阻沙网防风效应的影响,开展对2H、5H、10H、15H（H为尼龙网高度）间距尼龙阻沙网在6、9、12 m·s^-1风速下的风洞模拟试验,对不同风速、间距下加速率等值线、变化趋势和防风效能进行对比分析。结果表明：①风速和间距对双排尼龙阻沙网加速率极小值出现的相对位置基本无影响,但后排网后极小值小于前排网后,两排尼龙网对风场的影响存在累加效应。②双排尼龙阻沙网防风效应随来流风速增大而明显降低。③2H、5H间距双排尼龙阻沙网防风效应相对较好,5H最优,10H最差该结果与相同间距设置的野外实验相一致。实际应用中尼龙阻沙网的布设应综合考虑风况、布设间距等因素,笔者建议双排尼龙阻沙网布设间距采用5H。     

均匀配置的两种仿真灌木林防风效应野外观测

建立灌木林是一种有效的防风固沙方法,灌木林空间配置是防护林体系研究与建设取得最佳效益的关键.应用两种仿真固沙灌木,建立株行距相等的均匀配置灌木林,观测林内与林前不同风速,比较其防风效能.结果表明:在风速为4.6～10.7 m·s^-1时,侧影面积为0.25 m²的无叶仿真灌木林比侧影面积为0.39 m²的有叶仿真灌木林防风效能低10%～20%.仿真固沙灌木林风速与高度变化关系呈指数函数关系,但在风沙流中拟合系数更高.仿真固沙灌木林空气动力粗糙度平均值是流沙地的5倍多,但不同风速下的粗糙度值差异较大.对相同配置的防风固沙林,调节灌丛结构可以提高其防风固沙效能.     

东北林网地区廓线分布和湍流输送特征

本文根据在林网内和旷野对照点草地的温、湿、风廓线和湍流观测资料，就林网对廓线分布规律的影响和湍流输送特征进行了分析。结果表明：林网对近地面层风速的减弱，及增温增湿是明显的。林网地区近地面层存在空气动力学异常现象，其高度可达到或超过树高的３—４倍。林网对边界层的影响高度可达８—１０倍树高，并且对风廓线的影响要比对温度和水汽压廓线的影响更为明显。林网地区湍流宏观统计量σ_ｕ／ｕ、σ_ｖ／ｕ和σ_ω／ｕ比Ｐａｎｏｆｓｋｙ和Ｄｕｔｔｏｎ（１９８４）￣［１］著作中归纳的平原地区的结果系统偏低６—８％。σ_Ｔ／Ｔ的拟合系数旷野点比林网内大３０％左右。在相同稳定度参数ξ值时，林网内近地面层的感热通量明显比旷野对照点草地上大。     

不同组合间距的尼龙阻沙网积沙形态特征对比

在塔克拉玛干沙漠腹地垄间平沙地,布设了两条尼龙阻沙网水平组合防沙实验,组合间距分别为2H、5H、10H、15H（H为阻沙网高度）,一个风季中对实验设置的地形及纵断面蚀积量进行了动态观测。结果表明：（1）各尼龙阻沙网组合形成有规律的地表蚀积空间分布格局：形成以阻沙网为核心的积沙区,其上下风侧分布有较稳定的风蚀区,两条阻沙网之间存在临时的风蚀区。（2）在阻沙网前后形成与阻沙网高度相近的积沙体,在第一条阻沙网上风侧区域,积沙厚度与水平距离呈指数函数关系,在阻沙网背风侧,积沙厚度与水平距离呈二次函数关系。（3）2H和5H积沙体纵断面呈单峰状,风季中后期形似“几”字形,而10H和15H呈双峰状,风季中后期形似“M”字形。（4）阻沙网组合间距越小,积沙分布就越集中,形体越高大,反之则越分散,风季末阻沙网积沙体地形起伏度、平均坡降、积沙体积比、积沙断面面积轮廓比大小排序均为2H>5H>10H>15H。（5）阻沙网积沙体积具有随阻沙网间距增大而降低的趋势,观测断面最大积沙体积5HH>2H>15H>10H,5H、2H、15H分别较10H大13.20%、12.34%、3.78%,可见,5H防沙效果最优。     

Financial appraisal of date-frond mat fence systems for wind erosion control and sand dune stabilization in the arid region of the United Arab Emirates

A discounted cash flow model was employed to assess the viability of four wind barrier systems. The systems were utilized for wind erosion control and sand dune stabilization in the Al-Ain region of the United Arab Emirates. These systems consisted of four densities of date-frond mat fences erected in the form of checker board grids between rows of two local tree species:Prosopis spicigeraandAcacia tortilis. Analysis of cost estimated was based on the annual equivalent value of costs for each system. The economic life of the systems varied as a function of the time needed for the different trees in the different systems to reach the self-support stage. Results indicated that the systems’ ranking according to the minimal costs varied among the different tree types and the number of fences; but there was a general decrease in cost with increased fence density using the same tree, and this was due mainly to the effect of the fence on reducing the cost of tree development and maintenance as a result of reducing accumulated eroded sand. The minimal cost was recorded in D-10 treatment (seven fences) usingProsopis spicigera.     

不同结构林带防风效能风洞模拟

防风林带结构是影响防风效能的主要因素。建立不同宽度、不同株行距林带防风效能与林带后距离之间的统计模型,可以为防风林建设提供指导性意见。通过风洞实验,在11 m·s^-1风速下,对4种宽度、5种株行距林带的背风面0~10H（H为林带高度）的风速进行测定,采用曲线参数估计法、傅立叶模型、SSF模型（Sum of Sin Functions）,构建了不同结构林带防风效能与林带后距离间的统计模型。结果表明：傅立叶模型拟合不同宽度林带的防风效能与林带后距离的关系效果最优,可决系数（R²）均在98%以上;SSF模型拟合不同株行距林带的防风效能与林带后距离的关系效果最优（R²>0.98）。根据构建的统计模型,风速为11 m·s^-1左右时,林带宽度8 m（两行一带）的防风林的防风效能存在明显优势;5种株行距的林带中,株行距为8 m×8 m的防风林带本试验条件下防风效果最好。     

低覆盖度不同配置灌丛内风流结构与防风效果的风洞实验

 低覆盖度灌木群丛是干旱、半干旱区广泛分布且具有重要意义的植被，也是人工修复沙地应遵从的植被。通过风洞试验模拟了覆盖度在20%左右的三种水平配置格局的灌木群丛内风流结构与防风固沙效果。结果表明：①水平配置格局不同，低覆盖度灌木群丛的防风效果差异显著，行带式模式具有非常显著的阻碍和降低风速的作用（风速降低36%~43%）;等株行距模式次之，风速降低7%~28%;随机不均匀配置模式内局部有风速抬升现象，② 行带式模式内形成规整的随灌丛带波动的流场结构，而随机不均匀配置模式内形成由多个风影区和风速加速区组合的非常复杂的流场结构，等株行距模式居于二者之间。③ 带间宽度在56 cm和64 cm时的防风效果较带宽为32 cm和40 cm好。说明覆盖度降低到11%~13%，行带式模式的防风效果仍然不会降低。④两行一带配置均表现防风效果优于单行配置，且随试验风速的增大防风效果更好。