沙漠地区公路路基横段面阻沙性能研究

以塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、毛乌素沙地公路路基横段面为研究区域.采用YNZX-多功能全自动野外风沙监测系统,对不同类型沙漠不同等级公路路基段面风向风速和输沙量进行5a(2000年4月-2005年4月)监测,结合三大沙漠公路沿线100个气象站近45a(1961-2005年)年盛行风向风速资料和野外风沙监测与风洞试验数据对比分析.结果表明:流动沙漠公路路基横断面主风向与公路交角30°～60°的情况下,野外风沙监测的阻沙性能与风洞试验相一致,指数模型中K系数接近1.0;固定、半固定沙漠不同等级公路路基路堤、路堑横断面野外风沙监测风速空间分布均比风洞试验变化激烈,导致阻沙性能差异增大,差异分别以指数模型K系数1.12和1.05来衡量.     

CWHF型全自动集沙仪结构设计及应用性能野外验证

集沙仪作为一种风蚀研究装置,可直接和准确的测定风沙流中的输沙量和风沙流结构。为此,我们自行设计了一种全自动、高频风沙流采样器—CWHF全自动集沙仪,并通过与2 m高度风速和Sensit跃移撞击传感器的野外配合观测,对比分析其野外实地的应用性能。CWHF全自动集沙仪整体外形呈“L”状,其最大特点是集沙容器底部安装有高精度单点称重传感器,使其能够实现集沙累积值的实时高频测量及长时间的采样任务。在野外环境中对沙尘暴天气背景下的相关数据进行分析,发现CWHF全自动集沙仪的累积量和输沙通量均与风速和撞击颗粒数间有较高的一致性,其能够很好地捕捉沙物质的输移信息,野外应用效果良好。此外,通过其估算塔中流动沙面2015年5月18日和25日两次沙尘暴天气近地表100 cm高度内,宽度为100 cm的截面上的水平输沙通量分别为101.37 kg和110.83 kg。     

CWHF型全自动集沙仪设计及应用性能野外验证

集沙仪作为一种风蚀研究装置,可直接和准确地测定土壤风蚀过程中的输沙量和风沙流结构。为此,一种全自动、高频率的沙尘采样器(Continuously weighing,high frequency sand trap,简称:CWHF全自动集沙仪)被设计,并通过与2 m高度风速和Sensit跃移撞击传感器的野外配合观测,对比分析其野外实地的应用性能。CWHF全自动集沙仪整体外形呈"L"状,其最大特点是集沙容器底部安装有高精度单点称重传感器,使其能够实现集沙累积值的实时高频及长时间测量。通过对沙尘暴天气背景下的相关数据进行分析,发现CWHF全自动集沙仪的累积量和输沙通量均与风速和撞击颗粒数有较好的一致性,其能够很好地捕捉沙物质的输移信息,野外应用效果良好。     

乌鲁木齐沙漠气象研究所已取得第一批沙尘暴追踪试验观测资料

由中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所承担的“西部五省气候变化与生态环境评估子项目-风沙灾害监测与荒漠化评估系统”于2007年4月10日开始进行塔克拉玛干沙漠腹地野外综合观测试验。项目沿塔里木盆地周围、沙漠公路以及北疆艾比湖-石河子-乌鲁木齐一带布设了大气降尘采集器和TSP等设备。在沙漠公路沿线肖塘和塔中气象站分别安装了三层梯度集沙仪、沙通量及LAS,并结合塔中站80m梯度、哈得站和肖塘站10m梯度等先进的探测设备,跟踪监测沙尘暴的发生过程。     

塔克拉玛干沙漠东南部气象参数及沙丘横断面风速特征研究

以塔克拉玛干沙漠东南部国道G315线若羌-且末沙漠公路沿线为研究区域，分析研究了塔克拉玛干东南部近43a气候特征和气候变化趋势。在上述基础上，选取复合沙丘顶部、半坡、底部和平沙地四种典型风沙地貌为床面，采用YNZX—多功能全自动集沙仪，进行野外风沙监测，获取一批有关沙丘横断面不同高度脉动风速、输沙量的珍贵资料，分析了塔克拉玛干沙漠东南部沙丘横断面风速特征，为沙漠地区修筑公路以及选线参数研究提供科学依据。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

风沙起动的随机性及其判别

风沙颗粒起动的判别标准的不一致,是造成目前关于颗粒起动风速研究成果不一致的重要因素之一。由于颗粒起动过程中,气流瞬时速度或瞬时切应力、颗粒在床面上的相对位置以及非均匀沙在特定的某个点的粒径是随机变量,所以风沙颗粒的起动具有随机性。这种随机性导致在实验观察中,风沙起动判别标准的不一致。借鉴泥沙起动研究的理论与成果,将风沙颗粒起动可分为个别起动、少量起动和大量起动,并给出泥沙研究中的判别标准,供风沙研究者参考。     

通辽市风沙天气发生规律分析

介绍了1960－1999年通辽市沙日数的气候特征和阶段性，沙尘暴日数偏多（偏少）月份的环流特征及其出现时的地面天气形势，以及各因素在风沙天气表成中的作用。     

近50年塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠及其周边地区气候变化特征的对比分析

利用塔克拉玛干沙漠及古尔班通古特沙漠及其周边地区（包括平原和山区）76个气象站1961-2010年的逐日地面观测资料,对比分析了两个沙漠及其周边地区气温和降水变化特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠及其周边地区年平均气温明显高于古尔班通古特沙漠及其周边地区,但是升温速率低于古尔班通古特沙漠,两大沙漠及其周边地区年平均气温的差值在缩小,塔克拉玛干沙漠周边山区上升速率接近或者大于大部分平原地区,而古尔班通古特沙漠周边山区上升速率与平原地区相比总体偏小,塔克拉玛干沙漠及其周边地区年平均气温的突变时间在1989-1993年,古尔班通古特沙漠及其周边地区的突变时间在1994-1995年,同时均存在8～9a振荡周期;古尔班通古特沙漠及其周边地区年降水量是塔克拉玛干沙漠及其周边地区的2.5倍,增加速率高于塔克拉玛干沙漠及其周边地区,增加相对幅度小于塔克拉玛干沙漠及其周边地区,两大沙漠及其周边地区年降水量的差值进一步加大但加大的速度在减缓,塔克拉玛干沙漠及其周边地区的突变时间在1984年,古尔班通古特沙漠及其周边地区的突变时间在1983-1986年,塔克拉玛干沙漠及其周边地区存在5a、7～8a和18a的振荡周期,古尔班通古特沙漠及其周边地区存在2～4a、6～8a、18a的振荡周期。     

风沙起电的风洞实验研究

利用大型风沙物理风洞实验装置 ,模拟铺沙地面在不同风速条件下对不同粒径的沙样和混合沙的起电电场、电位和荷质比作实验测量。结果表明 :存在风沙起电效应。风洞内电场多为负极性 ,最大电场达到 - 2 9kV·m- 1 ,导线电位可达 12 0mV。沙粒越细 ,起电越强 ,且随风速增加而增大     

风沙灾害对阿拉尔垦区棉花播种出苗的影响

由于塔里木河流域生态环境的改变,风沙灾害已经成为阿拉尔垦区棉花播种出苗期内的主要自然灾害之一,严重制约着棉花生产的发展。文中依据近10a气象资料,分析了风沙灾害对棉花播种出苗的影响,并提出相应的对策建议。     

Activity of Wind-Blown Sand and the Formation of Feathered Sand Ridges in the Kumtagh Desert,China

We study the activity of wind-blown sand and its effects on the evolution of feathered sand ridges in the Kumtagh Desert, China, and attempt to reveal the formation process of feathered sand ridges using wind-tunnel experiments, remote sensing data, and detailed field observations from 2005 to 2008. The prevailing wind direction in the Kumtagh Desert is easterly in winter and north-easterly in other seasons. The average annual wind speed is 5.9 ms⁻¹, and winds sufficiently strong to entrain sand occur on 143 days per annum. The sand transport rate within 0.4 m of the ground is strongly influenced by local landforms, and is related to wind speed by a power function. Wind erosion occurs on the crest, the windward slope of crescent sand ridges and inter-ridge sand strips, where the blowing sand cloud is in an unsaturated state; in contrast, sand accumulation occurs on the leeward slope of the crescent sand ridges, where the blowing sand cloud is in an over-saturated state. These results indicate that the development of feathered sand ridges in the Kumtagh Desert is mainly controlled by the local wind regime. The dominant winds (from the north, north-north-east and north-east) and additional winds (from the east-north-east, east and east-south-east) determine the development of crescent sand ridges, but winds that are approximately parallel to sand ridges form the secondary inter-ridge sand strips.     

塔克拉玛干沙漠腹地起沙阈值计算解析

临界起沙风速是判别风沙活动能否发生的关键指标,其变化受到地表状况及大气环境的综合影响。为了进一步认识临界起沙风速在野外条件下的变化规律,选取塔克拉玛干沙漠腹地塔中作为研究区,在综合考虑地表土壤粒径、土壤湿度、空气密度等因素的基础上,利用经验公式计算了该地区每月的临界起沙风速。得出：（1）塔中地区2 m高度的临界摩擦速度值介于0.24～0.36 m/s,均值为0.31 m/s;（2）塔中地区2 m高度的临界起沙风速值介于3.9～5.9 m/s,均值为5.1 m/s;（3）塔中地区起沙阈值,最高值出现在夏季,次高值出现在冬季,春季最小。     

The relationship between modern meteorological elements and the southern border of the Tengger Desert

The modern southern border of the Tengger Desert protrudes southward at the east and west ends and recedes northward in the central part. However, no satisfactory explanation can be given for the shape of this border according to geomorphological elements. From the west to the east of the south of the Tengger Desert, there is a gradual change in precipitation, humidity, temperature, and mean wind speed, which differs from the abrupt modeled change in the desert’s southern border distribution. The indication is that these meteorological elements are not the main factors controlling the migration of the southern border of the Tengger Desert. The extreme and maximum wind speeds at the east and west ends of the Tengger Desert are stronger than those of the central part. Consequently, the sand dunes at both ends move faster than those of the central part, causing the southern border of the Tengger Desert to protrude southward at both ends and recede northward in the central part. As a result, winds occurring in winter and spring, especially the strong northwest winds in spring, are the main controlling factor for the migration of the southern border of the Tengger Desert.     

中川机场扬沙、浮尘和沙尘暴低能见度的气候特征

统计分析了 1987～ 1998年间 ,中川机场扬沙、浮尘和沙尘暴低能见度的年际、年、日变化及其出现次数和持续时间等气候特征 ,得出风沙日数减少 ,扬沙低能见度主要出现在午后 ,浮尘低能见度主要出现在上午及傍晚等结论。     

古尔班通古特沙漠土壤物理参数时间变化特征及其影响因子研究

以古尔班通古特沙漠为研究靶区,利用2020年全年克拉美丽陆-气相互作用观测试验站连续观测数据,分析了古尔班通古特沙漠土壤温湿度、土壤热通量、土壤盐分及导热率等主要土壤参数变化特征及影响因子。结果表明：（1）古尔班通古特沙漠土壤温度年日均值变化呈倒“U”型,季节变化特征明显,总体表现为夏季>春季>秋季>冬季,浅层土壤温度的变化幅度大于深层,湿度变化特征为春夏高,秋冬低,通常表现为随土壤深度增加土壤湿度逐渐升高;土壤热通量变化总体表现为春夏高,秋冬低,日变化幅度春夏秋冬依次递减。（2）古尔班通古特沙漠土壤导热率年均值为0.832 W·m-1·K-1,导热率与降水呈显著的正相关,土壤温湿度、土壤盐分是影响沙漠区土壤导热率的主要因子。在冻土条件下,土壤导热率平均为0.634 W·m-1·K-1,且其随土壤湿度增加而增加,冻土时导热随湿度增加的速率约为非冻土时的2.5倍;在降水条件下,土壤含水量小于0.06 m3·m-3时土壤导热率呈现缓慢增加趋势,大于0.06 m3·m-3时随湿度上升而迅速增加;在融雪时期,土壤含水量小于0.11 m3·m-3时土壤导热率随湿度上升缓慢增加,大于0.11 m3·m-3时土壤导热率迅速上升。     

Diurnal variations of saltation activity at Tazhong: the hinterland of Taklimakan Desert

The Taklimakan Desert of China is a region of frequent sandstorms and, thus, is a major sand and dust source area. Tazhong, a small mining village, is located near the center of the Taklimakan Desert at a distance of 220 km from the desert margins. Near Tazhong, we conducted a 2-year field investigation designed to monitor the diurnal variation of saltation activity using fast-responding piezoelectric saltation sensors (Sensits). Results suggest that saltation activity tends to occur more frequently during daytime in all seasons, relatively high levels of saltation activity are maintained from around 11:30 to around 16:30 local standard time (LST), because of stronger wind speed, higher soil temperature and lower relative humidity. During the spring and summer seasons, the saltation activity can occur at any time of the day, while there are some periods with zero saltation seconds at night and in the early morning during autumn and winter seasons. The results confirm that sandstorms tend to occur more frequently during daylight hours, so it may be helpful to forecast and guard against the occurrence of blowing sand or sandstorms in the Taklimakan Desert.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴发生条件分析

利用塔中气象站1997—2002年的气象资料, 从沙尘源丰富程度、风动力条件和空气稳定度等方面分析了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴的成因。结果表明:在塔克拉玛干沙漠腹地, 沙尘源极为丰富, 为沙尘暴发生提供了必要条件, 降水基本不能改变沙面的湿润状况, 沙尘源丰富度不是沙尘暴发生的限制因子; 风动力是沙尘暴发生的重要条件, 而月平均风速和大风日数是风动力的重要定量表征指标; 空气稳定性也是沙尘暴发生的重要条件, 温度和天气过程是其重要标志, 沙尘暴发生与温度呈正相关, 沙尘暴多发生在夏季和午后; 降水是沙漠腹地天气过程的重要指标, 月降水日数和降水总量与沙尘暴日数呈正相关; 20世纪90年代以来沙尘暴逐年减少, 这种变化趋势可能与全球气候变化有关。     

An indicator of sand storms in the south of the Tengger Desert

The Shagou section contains rich information about the formation and evolution of sand storms in the windward side of of the Tengger Desert (southern Tengger Desert, east of the Hexi Corridor). By investigating the grain size classes and the standard deviation of three sample groups in the Shagou section we discover that every group has four sensitive grain size components, and each sensitive grain size component has a tendency to be finest for the palaeosol stratum, coarsest for the sand stratum, and the loess intermediate between the two. The three sample groups have differences in their grain size distributions. Both S1 (average) and L1 (average) have two peaks. L1 (sand stratum) has three peaks and an additional coarse peak (275.4-550 µm) which is consistent with the grain size distribution pattern of the modern sand storm samples in the Tengger Desert. Moreover the additional peak of the palaeo-sand stratum correspondingly the interval of the grain size is exactly consistent with one of the four sensitive grain size components. Because the sand stratum in L1 of the Shagou section was the direct result of sand storm process of the Tengger Desert, the sand group percent of 275.4-550 µm in the Shagou section could be used as a sensitive indicator of sand storm in the south of the Tengger Desert (east of Hexi Corridor).