戈壁风沙流若干特征研究

本文从理论推导入手，阐述了戈壁风沙流中沙粒起跃角度、跃移高度和风沙流结构、强度、能量分布状况等特征，指出与流沙地表风沙流的显著差异，并得到风洞实验验证。     

稳态风沙流中瞬态输沙特征

风沙流中沙粒运动在来流风速不变时也会表现出非稳态特征。在风洞内利用粒子图像测速系统（PIV）测量了风沙运动的时间序列,并基于PIV测量技术提出风沙流中沙粒平均直径、数密度、平均水平速度和输沙通量等参数在某一时刻的计算方法,其中输沙通量的计算考虑沙粒大小垂向分布的影响。结果表明：来流风速不变时,沙粒平均直径、数密度、平均水平速度和输沙通量随时间具有明显的波动性;沙粒平均直径和平均水平速度的标准偏差一般随高度增加而增加,沙粒数密度和输沙通量标准偏差随高度增大而减小;这些参数的相对标准偏差均随高度增加而增大。     

风沙流中沙粒拖曳力系数研究

 拖曳力系数是计算风沙流中沙粒受空气阻力的重要参数。考虑实际风沙流中沙粒浓度及沙粒形状,利用FLUENT软件首先计算了不同风速下距地表不同高度处两沙粒的拖曳力系数,给出了影响沙粒拖曳力系数的间距范围,然后计算了真实风沙流中不同高度沙粒拖曳力系数。结果表明,给定风速下拖曳力系数随距地面高度的增加先减小后增加,并将沙粒拖曳力系数拟合成距床面高度的函数,该函数与风速有关。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区大气气溶胶散射系数影响因子

利用2010年塔克拉玛干沙漠腹地塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站单波段(525nm)积分浊度计和PM10自动监测仪、能见度仪器观测资料,结合塔中地面气象观测资料,分析影响塔中气溶胶散射系数的各因子。结果表明:(1)散射系数和PM10质量浓度具有明显的正相关关系,相关程度秋季最大,达0.96;夏季次之,为0.94;冬季最小,为0.91。(2)质量散射系数3月最小,10月最大;四季中,春季最小,为0.60m2·g-1,秋季最大,为1.38m2·g-1。塔中站气溶胶质量散射系数小于河北张北站、甘肃民勤站、兰州西固区,大于内蒙古锡林浩特站、希腊克里特岛、以色列内盖夫沙漠。(3)能见度与散射系数呈显著负幂相关关系,相关系数为0.80,其中夏、秋、冬季的相关系数都超过了年相关系数,分别是0.913、0.908、和0.857,春季最低为0.723。(4)风速较大时,散射系数的值也比较大,两者呈现正相关关系,相关系数为0.45。散射系数小于500 Mm-1时,主要分布于ENE和NE;大于500Mm^-1以上则主要是在ENE、NE、E风向。在ESE风向时,散射系数的平均值最大,其次是SSE方向上,最小值是S风向。     

塔克拉玛干沙漠腹地风沙土的力学性质

风沙土是形成于干旱、半干旱区的一种特殊性质的土,其力学性质不同于一般土体,结构松散性为其最主要的特点。通过对塔克拉玛干沙漠腹地14个风沙土样进行压缩试验和抗剪试验,获得了风沙土的基本力学参数:风沙土压缩模量值在50.00~142.86MPa之间,是一种低压缩性土;风沙土的内摩擦角值在31°55'~36°19'之间,低于河流冲积砂的内摩擦角值;风沙土存在结构力,其力学效应相当于粘聚力,可以在剪切试验中测出,其值在0.6~9.3kPa之间。并分析了影响这些力学参数的主要因素。     

风沙二相流运动特点的分析

本文以平坦沙漠上定常，充分发展的风沙二相流为例分析了颗粒的跃移运动，在这种运动中颗粒吸收气流的机械能和水平动量向下输送，并在落地时传递给床面。本文还用拟流体观点分析了固相运动的特点：在床面上有较大的滑移速度，有较大的垂向速度脉动，例题垂向的平均速度却为零，等等。     

塔克拉玛干沙漠腹地路面沙害的空间分布研究

塔克拉玛干沙漠腹地公路芦苇机械防沙体系失效后,在短时间内能够形成强度很大的路面沙害,严重影响交通。路面沙害的空间分布具有规律性:(1)沙垄区的路面沙害强度和发生频率均大于垄间地,而在沙垄次级地貌部位中,沙害强度垄顶>迎风坡>背风坡,但是沙害发生频率背风坡>垄顶>迎风坡;各地貌部位中沙害类型中都以路面积沙为主,沙丘前移压埋为辅。(2)在各种道路横断面中,路堑断面最易发生路面沙害,在各地貌区域都能够发生;零断面沙害发生频率其次,在垄间地比例最高;路堤断面沙害出现最少,只分布在垄间地。(3)道路与主风向大夹角路段的路面沙害发生频率和强度远大于小角度段,但是小角度之间的变化规律不明显。(4)地貌部位、道路断面和路风夹角3因素在空间上呈共轭分布。     

稳态风沙流中沙粒体积浓度的模型分析

本文建立了一个简单有效的稳态风沙流中沙粒体积浓度的数学模型,包括3个部分:稳态风沙流的风速廓线描述、跃移沙粒轨迹的计算、床面沙粒起跳速度分布的描述。利用已知实验的风速廓线作为气流速度场输入参数,跃移沙粒轨迹的计算主要考虑重力和拖曳力,基于体积观点的床面起跳沙粒的水平速度和垂直速度概率密度分布函数分别采用正态分布和指数分布函数来描述。根据稳态风沙流中运动沙粒的动态平衡特征可推导计算沙粒体积浓度。计算的沙粒体积浓度与风洞实验结果基本一致,说明本模型有较好的预测能力。     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中一井地区起沙风分析和输沙量的估算

本文通过塔克拉玛干沙漠塔中一井地区气象站的一年多野外实地观测，收集了丰富的风的气资料，在此基础上定量化地描了该地区起沙风的分布状况、风沙流的特点和输流量的数值特征。     

塔克拉玛干沙漠腹地几种植物根系分形特征

在塔克拉玛干沙漠腹地采用全根挖掘法挖掘河西菊(Hexinia polydichowma(Ostenf.)H.L.Yang)、沙拐枣(Calligonuin roborovskii A.Los.)、罗布麻(Apocynum venetum L.)、阿克苏牛皮消(Cynanchum amplexicaule Hemsl)根系.运用分形理论对其分形特征进行研究,分析根系分支状况以及根系分形特征与拓扑特征之间的关系.研究发现:(1)在塔克拉玛干沙漠腹地,四种植物根系具有很好的分形特征,分形维数大小与拓扑参数连接总数、外部连接数之间具有较好的相关关系.(2)根丰度是描述根系在土层中扩展能力的有效指标,与根系长度、平均连接长度之间具有很好的指数关系分别可以用以下方程表示:y1=2.7 694e1.5496x,y2=0.0369e2.0 267x(其中y1、y2分别为总根长、平均连接长度,R2分别为:0.9 353、0.9 832),根丰度直接反映了根系空间占有能力与营养物质的吸收效率.通过对塔克拉玛干沙漠腹地四种植物根系分支状况与分形特征的研究表明.分形理论可以很好的反映根系空间占有能力与资源吸收效率,所以说分形理论是对根系几何、功能特征进行定量化研究的有效方法.     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

塔克拉玛干沙漠公路的流沙灾害与治理

Reputed as a wonderful achievement of the world’s highway construction history,the Taklimakan Desert highway is nor facing serious sand drift encroachment problems due to its 447-km-long passage of sand sea consisting of crescent dunes,barchan chains,compound transverse dune ridges and complex megadunes.To solve some technical problems in the protection of the highway from sang drift encroachment,desert experts have been conducting the theoretical and applied studies on sand movement laws;causes,severities and time-space differentiation of sand drift damages;and control ways including mechanical,chemical and biological measures.In this paper the authors give an overall summry on the research contents and recent progress in the control of sand drift damages in China and hold that the theoretical researc results and practices in the prevention of sand drift encroachment on the cross-desert highway represnt a breakthrough and has an cpoch-making significance.Since the construction of protective forest along the cross-desert highway requires large amount of ground water,what will be its environmental consequence and whether it can effectively halt sand drift encroachment on the highway forever are the questions to be studied urgently.     

Geomorphology of sand dunes in the Northeast Taklimakan Desert

Three types of sand dunes exist in the Taklimakan Desert, namely compound/complex crescent dunes and crescent chains, compound dome dunes and compound/complex linear dunes. Besides these three compound/complex types, single simple dunes are also distributed throughout the sand sea. The compound/complex linear dunes are developed under acute bimodal wind regimes. Though the ratios of the resultant drift potential (RDP) and the drift potential (DP) are the same as that near the border and adjacent area of the sand sea, the compound/complex crescent and dome dunes are developed, respectively, because of divergence of the sand available, the stress of the sand-moving winds and the time scales of dune formation. The sand supply for the dunes is not from Lopo Nor in the east as previous studies suggested but mainly from local alluvial or lacustrine deposits. The grain size component does not correlate evidently to the morphology parameters of the sand dunes. Analyses of the DP and drift direction suggest that the northeast Taklimakan is an area of low wind energy and the resultant drift direction (RDD) coincides well with the distribution, morphology and scales of the dunes.     

Sand harm in Taklimakan Desert highway and sand control

Reputed as a wonderful achievement of the world's highway construction history, the Taklimakan Desert highway is now facing serious sand drift encroachment problems due to its 447- km-long passage of sand sea consisting of crescent dunes, barchan chains, compound transverse dune ridges and complex megadunes. To solve some technical problems in the protection of the highway from sand drift encroachment, desert experts have been conducting the theoretical and applied studies on sand movement laws; causes, severities and time-space differentiation of sand drift damages; and control ways including mechanical, chemical and biological measures. In this paper the authors give an overall summary on the research contents and recent progress in the control of sand drift damages in China and hold that the theoretical research results and practices in the prevention of sand drift encroachment on the cross-desert highway represent a breakthrough and has an epoch-making significance. Since the construction of protective forest along the cross-desert highway requires large amount of ground water, what will be its environmental consequence and whether it can effectively halt sand drift encroachment on the highway forever are the questions to be studied urgently.     

Analysis of atmospheric boundary ozone profiles in winter in hinterland of Taklimakan Desert

In order to reveal the variation characteristics of ozone (O₃) concentration in the atmosphere boundary layer over a desert in winter, an observation experiment was carried out in the Tazhong area by means of a tethered balloon during January 18–25, 2008. The vertical distribution of O₃ concentration and its correlation with temperature and humidity were analyzed based on experimental observation data and related data. Results show that: (1) The concentration of O₃ mainly ranges from 10 to 50 μg/L, with a maximum of 56.1 μg/L, minimum of 2.6 μg/L, and a daily average concentration of 34.4 μg/L. (2) O₃ profiles can be divided into three types: peak, uniform, and growth, where uniform accounts for the majority. (3) Temperature and moisture are influential on O₃ concentrations in atmospheric boundary layer. Temperature inversion and water vapor increase in an atmospheric boundary layer leads to a decrease of O₃. (4) O₃ concentration has an obvious daily change in Tazhong. It is lower at night, begins to increase after sunrise, and reaches a maximum at noon. The maximum appears at 17:00 BJT (Beijing Time), and the minimum appears at 08:00 BJT.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙丘表面温度特征初探

塔克拉玛干沙漠腹地沙丘表面温度因不同部位、不同时段差异很大。作者通过冬、夏典型时段的观测数据,对沙丘各个部位表层的温度分布特征做了初步的探讨和分析,主要结论有:①沙丘表面的日最高温度出现在落沙坡,落沙坡与沙丘其他部位的温度差以冬季沙丘右翼为最大。②沙丘表面日较差最大的部位是落沙坡,夏季大于冬季;日较差最小的部位冬季发生在右翼,而夏季则发生在顶部。③沙丘各部位浅层地温,也以落沙坡为最高。④沙丘不同部位表层导温率也有很大的差别。     

塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究进展

作为中国最大的沙漠和世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠是中国主要沙尘暴中心和黄土沉积的物源区之一,在中国北方乃至欧亚大陆自然环境和生态格局中具有重要影响,研究塔克拉玛干沙漠地区的沙尘暴具有十分重要的理论与实践意义。本文综述了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴过程及数值模拟预报研究的主要进展,阐明了沙尘暴的成因,进而总结了沙尘暴孕育发展的主要特征,提出了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究中亟待解决的科学问题。     

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°)。