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1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数与风沙入河量估算

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农业工程学报 2015年第10期31卷 142-151页

作者：杜鹤强薛娴王涛邓晓红中国科学院寒区旱区环境与工程研究所兰州730000

为缓解宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段的淤积问题,需要对该河段风蚀灾害和风沙入黄量的时空变化进行研究。该文选取综合风蚀模拟系统(integrated wind-erosion modeling system,IWEMS)和修订版风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)对1... 详细信息

为缓解宁(宁夏)蒙(内蒙古)河段的淤积问题,需要对该河段风蚀灾害和风沙入黄量的时空变化进行研究。该文选取综合风蚀模拟系统(integrated wind-erosion modeling system,IWEMS)和修订版风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)对1986-2013年黄河宁蒙河段风蚀模数进行了估算,并结合风沙输移方程,对不同河段的风沙入黄量进行了计算。发现宁蒙河段的风蚀灾害主要发生在乌兰布和沙漠、库布奇沙漠和河东沙地等沙漠区域。自1986年以来河东沙地的风蚀模数逐渐降低,而乌兰布和沙漠的风蚀模数则逐渐凸显,成为宁蒙河段风蚀最严重的区域。1986-2013年间,整个宁蒙河段受风蚀灾害的面积逐渐减小,平均风蚀模数迅速下降,线性拟合函数斜率高达-182.81。风沙入黄量结果显示,石嘴山—巴彦高勒段的年均风沙入黄量最大,高达9.31×106 t/a;下河沿—青铜峡段最小,其值仅为7.6×105 t/a。另外,除石嘴山—巴彦高勒段之外,其余河段风沙入黄量并未呈现出明显的减小趋势。通过对宁蒙河段气象和土地利用数据的分析,发现宁蒙河段的风蚀模数的变化主要受气候条件的影响。该研究结果可为解决黄河淤积问题、完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。

关键词：沙侵蚀土地利用气候变化

乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征及风沙活动观测

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农业工程学报 2012年第22期28卷 156-165页

作者：杜鹤强薛娴孙家欢中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000

为明确乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征与风沙活动特点,该文对该地区的沙丘形态、粒度特征、风速、输沙率与风沙流结构及其相互关系进行了野外调查与室内分析。结果表明:研究区横向沙丘平均宽-高比约为12.75。沙丘表面平均粒径与分选... 详细信息

为明确乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征与风沙活动特点,该文对该地区的沙丘形态、粒度特征、风速、输沙率与风沙流结构及其相互关系进行了野外调查与室内分析。结果表明:研究区横向沙丘平均宽-高比约为12.75。沙丘表面平均粒径与分选系数呈现出由丘间地至落沙坡逐渐减小的趋势,偏度则呈现出增大趋势。沙丘各部位粒度累计分布曲线均为正偏、单峰态分布。在净风与起沙风环境下,仅丘间地与沙丘顶部风速廓线呈对数形式分布;迎风坡坡脚处风速廓线多呈幂函数分布;落沙坡与背风坡坡脚处风速廓线分布形式不统一。无论在高风能环境下还是低风能环境下,从丘间地至背风坡坡脚,沙丘断面近地表风速呈减小(至迎风坡坡脚),增大(迎风坡坡脚至丘顶),再减小(丘顶至落沙坡),再增大(落沙坡至背风坡坡脚)趋势。沙丘顶部是风沙活动最为强烈的部位,沙丘各部位90%以上的输沙量集中到10cm高度以下;沙丘各部位的风沙流结构均服从三次函数分布。最后,该文针对该区域下垫面与风沙活动的特点和危害,提出相应的防治对策,以期对该区域风沙危害的防治提供参考。

关键词：风效应沙侵蚀沙丘形态粒度特征输沙率风沙流结构

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

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中国沙漠 2012年第1期32卷 9-16页

作者：杜鹤强韩致文王涛孙家欢中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

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... 详细信息

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。

关键词：塔克拉玛干沙漠新月形沙丘风速廓线风沙流结构

新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合

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地理科学 2012年第7期32卷 892-897页

作者：韩致文缑倩倩杜鹤强孙家欢中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院研究生院北京100049

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内（以1 cm分隔）的输沙量。分段拟合分析表明：新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁... 详细信息

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内（以1 cm分隔）的输沙量。分段拟合分析表明：新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的＂象鼻效应＂,在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。

关键词：塔克拉玛干沙漠新月形沙丘输沙量垂直分布分段拟合函数

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中国沙尘暴源区及其治理研究述评

中国沙漠 2012年第6期32卷 1559-1564页

作者：缑倩倩韩致文杜鹤强孙家欢王国华中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院研究生院北京100049

沙尘暴给人们生产生活带来重大影响。系统总结沙尘暴源区以及相应的治理措施的研究成果,不仅能够使人们对沙尘暴的来源有更加深入的了解,还可以为今后沙尘暴治理提供理论依据和政策支持。首先对沙尘暴基本概念与时空分布特征进行了简要... 详细信息

沙尘暴给人们生产生活带来重大影响。系统总结沙尘暴源区以及相应的治理措施的研究成果,不仅能够使人们对沙尘暴的来源有更加深入的了解,还可以为今后沙尘暴治理提供理论依据和政策支持。首先对沙尘暴基本概念与时空分布特征进行了简要评述,然后综合论述了中国沙尘暴来源的研究现状,系统总结了近年来国内外沙尘暴治理研究成果,在此基础上提出几点展望。

关键词：沙尘暴灾害沙尘源区治理措施研究进展

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黄河宁蒙河段泥沙加入量分析及防治对策

水土保持通报 2012年第4期32卷 303-306页

作者：缑倩倩韩致文王国华杜鹤强孙家欢中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所水文与水土资源研究室甘肃兰州730000

利用1950—2005年黄河干流泥沙分布特征值资料与干流任意河段年平均泥沙加入公式对黄河干流宁蒙河段年平均泥沙加入进行了计算分析。结果表明,1950—2005年宁蒙河段每年都有大量泥沙加入,并且加入量随时间呈波动变化。通过数据分析与实... 详细信息

利用1950—2005年黄河干流泥沙分布特征值资料与干流任意河段年平均泥沙加入公式对黄河干流宁蒙河段年平均泥沙加入进行了计算分析。结果表明,1950—2005年宁蒙河段每年都有大量泥沙加入,并且加入量随时间呈波动变化。通过数据分析与实地调查发现,造成该河段泥沙大量加入以及随时间呈波动变化的原因主要是宁蒙河段穿越腾格里沙漠、河东沙地、乌兰布和沙漠以及库布齐沙漠,沙漠与河流交互作用,使其具备风沙直接入黄以及支流泥沙入黄的条件;尤其以"十大孔兑"河道上游比降大,河道两岸地表沙物质易蚀性高,从而导致大量泥沙通过洪水过程进入黄河。黄河宁蒙河段的泥沙防治关键在于减少入黄泥沙量,特别是要加强"十大孔兑"地区的水土保持综合防治力度。

关键词：黄河干流宁蒙河段河道淤积泥沙加入量综合防护对策

内蒙古荒漠草原地表风沙活动对放牧强度的响应

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草业学报 2023年第7期32卷 1-11页

作者：刘欣雷杜鹤强刘秀帆范亚伟中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

研究放牧强度对草地风沙活动的影响对深入理解风沙动力过程、准确评估和防治风沙灾害具有重要意义。本研究依托中国科学院乌拉特荒漠草原研究站,以内蒙古荒漠草原为研究区,设置两种草地类型(以草本为主的针茅草地和以灌木为主的灌丛草地... 详细信息

研究放牧强度对草地风沙活动的影响对深入理解风沙动力过程、准确评估和防治风沙灾害具有重要意义。本研究依托中国科学院乌拉特荒漠草原研究站,以内蒙古荒漠草原为研究区,设置两种草地类型(以草本为主的针茅草地和以灌木为主的灌丛草地)和3种放牧强度(禁牧为对照、中度和重度放牧强度),开展了近地表风速廓线、粒径分布、风沙流结构等相关参数的测量和研究。结果表明:1)放牧强度对不同草地类型地表的空气动力学粗糙度有显著影响,且对草本区的影响大于对灌木区的影响。2)草地类型和放牧强度对地表土壤可蚀性颗粒含量的影响均达到显著水平(P<0.05),且随着放牧强度的增加,草本区地表可蚀性颗粒含量逐渐减少,土壤质地逐渐粗化。3)放牧区的风沙流拟合函数均为幂函数,R2为0.78~0.97。草本中度(6.468 g·m^(-1)·d^(-1))和重度放牧区(9.294 g·m^(-1)·d^(-1))的水平通量分别是草本对照区(0.907 g·m^(-1)·d^(-1))的7.13和10.25倍。灌木区的输沙高度和放牧强度对输沙率的影响均小于草本区。以上研究结果表明:草本区风沙活动受放牧扰动的影响远大于灌木区,即使是中度放牧强度的水平输沙通量也远远大于禁牧区。因此,仅仅依据载畜量制定的放牧策略尚存在严重不足,为了防止草地退化,促进牧业的持续发展,在制定放牧策略时应将地表风沙活动强度作为重要指标进行综合考虑。

关键词：放牧强度荒漠草原风沙活动粒度特征风沙流结构

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长江源卓乃湖流域沙尘释放过程模拟

地理科学 2024年

作者：范亚伟杜鹤强卢善龙刘秀帆韩致文唐海龙周晋峰中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院大学中国科学院空天信息创新研究院中国生物多样性保护与绿色发展基金会

由于碎屑物质的堆积，干涸湖盆和河道往往会成为干旱和半干旱地区主要的沙尘源区。目前关于干涸湖泊沙尘释放过程的研究多集中在干旱半干旱地区，青藏高原由于其气候和下垫面特点，以往的研究往往忽略其沙尘释放过程。然而近年来受暖湿... 详细信息

由于碎屑物质的堆积，干涸湖盆和河道往往会成为干旱和半干旱地区主要的沙尘源区。目前关于干涸湖泊沙尘释放过程的研究多集中在干旱半干旱地区，青藏高原由于其气候和下垫面特点，以往的研究往往忽略其沙尘释放过程。然而近年来受暖湿化趋势的影响，青藏高原降雨增多，洪水事件频发，从而导致地表可蚀性沉积物增多，在其高风能环境影响下极易导致沙尘事件的发生。为了提出科学的风沙防治对策，需明确沙尘释放的时空分布过程。因此，研究以长江源卓乃湖流域为研究区，基于气象、遥感、陆面同化等数据，利用综合风蚀模拟系统（Integrated Winderosion Modelling System, IWEMS）和沙尘释放与沉积模型（Dust Entrainment and Deposition, DEAD），模拟了卓乃湖流域2000—2020年的沙尘释放过程。结果显示：(1)卓乃湖流域沙尘释放年内变率较大，高值一般发生在冬春季节，低值多在夏秋季节。湖泊溃堤前沙尘释放年际波动较大，溃堤之后，沙尘释放呈显著上升趋势，说明溃堤后，退水湖岸为沙尘释放提供了丰富的物源。(2)就空间分布而言，卓乃湖沙尘释放具有较大的空间异质性，湖泊沿岸的沙尘释放率明显高于其他地区，湖泊溃堤之后，沙尘释放的高值区逐渐由湖泊北岸向东南岸迁移。(3)湖泊溃堤之后，风速对沙尘释放的影响机制发生了较大的变化，沙尘释放过程更易发生。

关键词：卓乃湖流域暖湿化风蚀沙尘释放湖泊溃堤

沙尘气溶胶数值模式与资料同化的研究进展、问题与展望

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地球科学进展 2024年第8期39卷 813-822页

作者：范亚伟杜鹤强杨胜飞颜长珍刘秀帆刘欣雷中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

沙尘气溶胶对气候变化、生态环境和人类生命健康均会产生严重影响,亟待对其进行系统性研究。数值模式是研究沙尘气溶胶的有效工具,能够模拟沙尘的起动、传输、扩散及清除等过程。然而,由于起沙参数化方案的不完整及模式输入场的不确定性... 详细信息

沙尘气溶胶对气候变化、生态环境和人类生命健康均会产生严重影响,亟待对其进行系统性研究。数值模式是研究沙尘气溶胶的有效工具,能够模拟沙尘的起动、传输、扩散及清除等过程。然而,由于起沙参数化方案的不完整及模式输入场的不确定性,导致数值模式的模拟结果存在较大误差。以此为立足点,论述沙尘气溶胶观测方式、数值模式发展历程、起沙参数化方案进展以及资料同化研究进展。并基于目前的研究现状,分析现阶段利用数值模式进行沙尘气溶胶研究过程中存在的问题,进一步提出未来的发展方向。通过全面回顾沙尘气溶胶数值模拟的研究进程,以期为相关领域研究提供参考和启发。

关键词：沙尘气溶胶数值模式遥感观测起沙参数化方案资料同化