乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

罗凤敏，辛智鸣，高君亮，郝玉光，葛根巴图，李新乐



乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

罗凤敏，辛智鸣，高君亮，郝玉光※，葛根巴图，李新乐

（国家林业局内蒙古磴口荒漠生态系统定位观测研究站/中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，磴口 015200）

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点，基于磴口生态站近地层（0～50 m）风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据，分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下：1）过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大，风速廓线特征可用幂函数表示；过渡带风速显著高于绿洲内风速。2）过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少，其分布特征遵循幂函数关系；过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内，说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用；过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系，而绿洲内二者之间为指数函数关系。3）在春、夏、秋、冬季，过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小；春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节，其次为夏季，秋季和冬季相对较低；一年四季中，过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。

风；速度；沙尘；近地层；水平通量；降尘量；乌兰布和沙漠

0 引 言

风蚀是沙漠地区风沙活动的最基本表现形式之一[1]，一次风蚀起沙过程中，富含养分的细小沙尘颗粒将会悬浮于空中，并在大气湍流的作用下向远处扩散，最后输送到很远的地方[2]。沙尘颗粒的输送不仅给人们的生产和生活带来了严重的威胁，而且悬浮于大气中的沙尘颗粒的辐射强迫作用还会影响到区域和全球气候[1-2]。因此，监测、揭示沙漠地区近地层沙尘发生发展规律、沙尘空间结构特征，研究防治沙尘危害措施，减轻沙尘灾害带来的损失就显得极为重要。

当前，关于近地层沙尘方面的研究主要包括沙尘颗粒的释放、输送和沉降。其中，释放部分包括沙尘起动速率、跃移高度及释放量；输送部分包括输送高度、水平通量及降尘量（垂直通量）的梯度变化；沉降部分包括沙尘沉降速度及沉降量[3]。研究表明，沙漠地区近地层沙尘随高度的变化特征和不同高度处的通量直接影响沙尘的输送过程[3]。沙尘水平通量廓线是近地层与地面平行方向上沙尘水平通量随高度变化特征；沙尘降尘量廓线是近地层与地面垂直方向上沙尘降尘量随高度变化特征。目前，国外关于近地层沙尘水平通量和降尘量的研究较多且取得了一定进展，但关于二者廓线特征的研究则较少，且已有的研究中监测高度均相对较低[4-5]。国内关于沙漠及周边地区沙尘分布特征的研究相对较多，但是众多的研究主要集中在0～2 m的近地表空间，监测高度相对较低[6-9]，而对与人类生存密切相关的近地层（0～50 m）范围的沙尘随高度变化特征及其季节变化特征的研究相对较少[4,10-13]，且其中的研究结果也仅限于对春季大风发生时候、以及沙尘暴发生过程中沙尘通量结构的研究[14]。

基于此，本文以中国北方重要沙尘源区之一的乌兰布和沙漠为研究区，利用位于沙漠东北缘“国家林业局内蒙古磴口荒漠生态系统定位观测研究站”的风沙监测塔（50 m高）2013年1－12月的风速、沙尘通量数据，分析了近地层风速廓线、沙尘通量廓线和沙尘通量季节变化特征，阐明了不同下垫面近地层风速廓线特征，沙尘水平通量和垂直通量的时空特征。研究结果可为揭示乌兰布和沙漠东北缘风沙活动特点及规律，进一步研究该区域沙尘空间分布特征提供科学依据，也可为区域荒漠化防治及生态防护林建设提供理论依据与参考资料。

1 试验设计与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于乌兰布和沙漠东北缘，行政区划隶属于内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县。据“国家林业局内蒙古磴口荒漠生态系统定位研究站”多年气象数据显示：该区域年均气温7.8 ℃，年均日照时数3 200 h；年均降水量140.3 mm，降水集中于6－9月，年均蒸发量2 380.6 mm；年均风速3.7 m/s，瞬时风速最高可达24 m/s，年均大风日数12.5 d，沙尘暴日数10.9 d，扬沙日数30.2 d，主要集中于3－5月，风沙灾害是主要自然灾害[15]。2013年全年平均气温11.4 ℃，日照时数3 240 h；降水量59.1 mm，蒸发量2 333.4 mm；风速3.66 m/s，大风日数8 d，沙尘暴日数6 d。

天然植被以旱生、超旱生的荒漠植被为主，如：白刺（Bobr.）、油蒿（Krasch.）、籽蒿（.Krasch.）、沙竹（(Trin.) Bor.）、沙米（(L.) Moq.）等；人工植被以杨树（），梭梭（(C. A. Mey.) Bge.）、花棒（Fisch. et Mey.）、沙拐枣（A. Los.）等沙旱生灌木为主。

1.2 研究方法

1.2.1 监测仪器设备

“国家林业局内蒙古磴口荒漠生态系统定位研究站”建有2座50 m高的风沙监测铁塔，荒漠-绿洲过渡带（简称过渡带）和绿洲内各1座。塔上安装有自记式风速风向采集仪，沙尘水平通量和降尘量采集器（图1）。

风速风向采集仪型号为AV-30WS，启动风速0.5 m/s，精度±0.3 m/s，安装在距地面高1、2、4、8、12、16、24、36、48 m的位置；沙尘通量采集器安装在距地面高0.5、1、2、4、8、12、16、20、24、28、32、36、40、44、48 m的位置。其中，沙尘水平通量采集器为能跟踪风向变化的铁质仪器，集尘口大小为20 mm×50 mm；降尘量采集器为圆柱形平底玻璃容器，直径15 cm、高30 cm[16]。为使降尘接近自然界实际的风沙沉积过程，集尘方式为干集尘，按月收集各监测样地的降尘。

1.2.2 研究区下垫面基本特征

监测塔建设在2种不同的下垫面上，下垫面的地形地貌、土壤、植被盖度、植被高度均存在很大的差异。

荒漠-绿洲过渡带：为半固定沙地和固定沙地，地势起伏不平，但是相对高差较小。土壤主要为风沙土，丘间低地为黏土。植物以白刺和油蒿为主，白刺基本上全部形成了灌丛沙堆，沙堆大小约(2～6) m×(4～8) m，高约1.2～3.6 m。此外，伴生有籽蒿、沙竹和一些短命植物，如：沙米、雾滨藜（Fisch. Et Mey）等。

绿洲内部：为农耕地，四周建有完整的农田防护林网，地势平坦。土壤主要为壤土和沙壤土。目前，防护林网的树种主要为新疆杨（.L. var.Bge.），沿农田灌溉渠道种植，两行一带，株行距为1 m×2 m，林带为疏透结构，高约20～24 m。农作物为向日葵（L.）和玉米（L.）。

1.2.3 风速风向、沙尘样品采集及数据分析

本研究中的数据采集于2013年1－12月，风速风向、沙尘样品的采集频率为30 d。风速风向为每1 min自动记录1组数据。沙尘样品的采集均避开降水过程，样品带回实验室，拣去其中的昆虫尸体、鸟粪等杂质后烘干，然后用电子天平（1/1 000精度）称质量，最后将其换算为沙尘水平通量和降尘量。水平通量和降尘量的监测均采用梯度法[3]。

沙尘水平通量和降尘量通过公式（1）和（2）计算

M=W/（1）

M=W/π2（2）

式中M为水平通量，g/(m2·月)；W为集尘器内收集的沙尘净质量，g；为集尘器集尘口宽度，mm；为集尘器集尘口高度，mm；M为降尘量，g/(m2·月)；W为集尘缸内接收的沙尘净质量，g；为集尘缸缸口半径，cm。

采用Exce1 2003软件和SAS 9.0 软件进行数据整理、作图和分析。

2 结果与分析

2.1 近地层风速廓线

近地层风速廓线是衡量近地层的风速分布规律一个重要指标，是揭示近地层气流特性及风沙运动的有效途径，风的脉动与输沙率具有很好的相关性，风速对沙尘的释放及输送有直接影响，因此近地层沙尘物质的输送高度和距离由近地层风速的分布特征决定[17]。过渡带和绿洲内近地层（0～50 m）风速廓线如图2所示。

图2表明，过渡带和绿洲内近地层（0～50 m）的风速()随高度()的增加均呈现出递增的趋势，风速随高度的分布特征均可用幂函数=ah来表示。其中，过渡带风速随高度变化的拟合方程为=1.52160.4226（2=0.96），绿洲内的拟合方程为=0.86310.5492（2=0.99）。

9个不同高度上，过渡带的年均风速均大于绿洲内的风速，差值介于0.4～1.06 m/s之间，均值为0.86 m/s，通过进一步计算风速消减值发现，从过渡带到绿洲内，不同高度上风速消减值为11.24%～53.18%，平均消减值为19.16%。表明完整的农田防护林体系具有明显的防风功能，当风从过渡带进入绿洲后，由于防护林的存在，使得近地层气流的流场发生改变，一部分气流由于林带的阻挡被迫抬升，使穿过林带的气流减少，风速明显下降，地表风蚀减轻，进而有效的保护绿洲内部农作物免受风沙流危害。

而在垂直尺度上，风速消减值随高度增加呈减小趋势，风速消减最大值在1 m处，为53.18%，风速消减最小值在48 m处，为11.24%，主要消减层在0～24 m高度范围内。

图3表明，过渡带和绿洲内在春、夏、秋、冬4个季节时，近地层（0～50 m）风速()随高度()的分布特征均可用幂函数=ah来表示（2=0.88～0.95），即风速随高度的增加而逐渐增大。同一季节，过渡带的风速均大于绿洲内的风速，过渡带春、夏、秋、冬的平均风速分别为4.18、2.92、3.14、3.49 m/s，而绿洲内春、夏、秋、冬的平均风速分别为3.22、1.93、2.16、2.67m/s，表明绿洲防护体系作为高大的粗糙元，对风的阻碍作用相当显著。当风由过渡带吹向绿洲时，在防护体系迎风面距林缘一定距离处，风速开始逐渐减弱，到达林缘附近时，一部分气流被抬升，在林冠上方形成速度相对较高的“自由流”，越过林带后又形成下沉气流，在背风区一定距离处向各个方向进行扩散；另一部分气流进入林带内，由于受树体的阻挡和摩擦，气流在分散的同时被消耗掉大量的能量，从而在林冠层下面形成速度较低的“束缚流”。所以，一年四季绿洲内部风速均低于过渡带的风速。

过渡带和绿洲内的风速大小均表现为春季最大，其次为冬季，秋季和夏季风速相对较小。这与当地气象站多年监测数据一致，乌兰布和沙漠地区的风季为11月至翌年5月，与植物枯黄期基本同步，且以春季3―5月风速最大。

2.2 近地层沙尘水平通量廓线

沙尘在风力作用下进行输送，并在输送过程中沙尘质量会随着高度的变化而产生一定的差异。由图4可知，过渡带和绿洲内的沙尘水平通量(M)随高度()增高均显著减小，其随高度的分布特征均符合幂函数关系M=ah，其中，过渡带水平通量随高度变化的拟合方程为M=334.84-0.249（2=0.78），绿洲内的拟合方程为M=948.76-0.431（2=0.89）。

不同高度上，过渡带的沙尘水平通量均显著高于绿洲内。表明当携沙气流从过渡带向防护林带前进的过程中，由于防护林带的存在而降低了风速，使得大量沙尘在林外已经发生了沉降，进而使绿洲内的沙尘含量较少。过渡带0.5 m处沙尘水平通量值最大1318.65 g/(m2·月)，50 m处最小201.07 g/(m2·月)，绿洲内也是0.5 m处的沙尘水平通量值最大413.07 g/(m2·月)，50 m处最小96.65 g/(m2·月)，过渡带和绿洲内不同高度上沙尘水平通量差值为43.58～905.58 g/(m2·月)，且随着高度的增加，二者的差值呈下降趋势。表明随着高度增加，下垫面状况对沙尘水平通量的影响越来越小。

2.3 近地层沙尘降尘量廓线

近地层沙尘在输送过程中，大颗粒物质在重力或降水等因素作用下沉降，小颗粒物质则在风力作用下到达更远的地方。由图5可知，过渡带和绿洲内沙尘降尘量(M)随高度()增高均呈显著减小趋势，降尘量随高度的分布特征均符合幂函数关系M=ah，其中，过渡带水平通量随高度变化的拟合方程为M=1.785-2.040（2=0.95），绿洲内的拟合方程为M=0.897-2.073（2=0.89）。过渡带0.5 m处的降尘量达到最大值2.07 g/(m2·月)，50 m处的降尘量最小，为0.18 g/(m2·月)；绿洲内0.5 m处的降尘量达到最大值1.55 g/(m2·月)，50 m处的降尘量最小，为0.14 g/(m2·月)。

不同高度上，过渡带降尘量高于绿洲内，但幅度不大。二者0.5 m处的差值为0.52 g/(m2·月)，50 m处的差值为0.04 g/(m2·月)。总体来看，0～20 m范围内，过渡带与绿洲内的降尘量差值相对较大，而20～50 m内二者的降尘量差值逐渐减小。

2.4 近地层沙尘水平通量与降尘量的关系

前人研究表明，离地面较近高度上的沙尘质量较易监测，但是随着高度增加，监测沙尘质量分布特征的难度逐渐增加。因此，通过确定沙尘水平通量与降尘量之间的关系后，则可以通过测定沙尘水平通量而获取同一高度上的沙尘降尘量[3]。

由图6可知，过渡带、绿洲内的沙尘降尘量与水平通量之间均为极显著正相关关系（2=0.91～0.97，<0.01）。其中，过渡带近地层沙尘降尘量与水平通量之间的关系用线性函数表示，而绿洲内沙尘降尘量与水平通量之间的关系则用指数函数表示。模拟关系的函数存在差异可能是因为过渡带地表植被相对较少，而且高度较低，对于沙尘水平通量和降尘通量的影响相对较小，所以二者的拟合关系可用线性函数来描述；而绿洲内由于受到防护林体系的庇护，沙尘水平通量和降尘量均发生了很大的变化。高度低于防护林带高度的层次上，沙尘输送与沉降受到的影响相对较大，而高于林带高度的层次上，沙尘输送与降落受到防护林体系的影响相对较小。这种上下层次之间的差距，造成沙尘通量与水平通量的关系要比过渡带复杂，因此线性函数无法模拟二者的关系，而通过指数函数能很好的模拟二者关系。

2.5 近地层沙尘水平通量季节变化特征

由图7可知，一年四季过渡带近地层沙尘水平通量(M)总体上表现为随高度()增加而减小的趋势，其廓线特征均可用幂函数M=ah表示，但显著水平不同。春、夏、秋、冬分别为M=2800.7-0.474（2=0.967）；M=479.41-0.207（2=0.77）；M=377.88-0.255（2=0.51）；M=112.28-0.1227（2=0.19）。而绿洲内由于受农田防护林体系的防护作用，使得气流发生了比较大的变化，因此近地层沙尘水平通量分布特征在4个季节当中相差较大。其中，春季的沙尘水平通量随高度增加极显著减小，可用幂函数M=1024.9-0.334（2=0.82）表示其廓线特征；夏季的沙尘水平通量总体上随高度增加而减小；秋季的沙尘水平通量在不同高度上呈现较大的波动，没有明显的变化趋势；冬季的沙尘水平通量总体上随高度增加而减小，存在一定波动。

a. 荒漠-绿洲过渡带

a. Desert-oasis ecotone

春季是乌兰布和沙漠沙尘天气发生集中的季节，过渡带和绿洲内春季的沙尘含量均为一年当中最高水平，且与其他3个季节的沙尘含量有着极显著差异（<0.01），而夏、秋和冬季的沙尘水平通量差异相对较小。一年四季当中，过渡带近地层沙尘水平通量值远高于绿洲内沙尘通量值，过渡带春夏秋冬的沙尘水平通量值分别为绿洲内沙尘通量值的2.17、2.06、2.93和1.46倍。

2.6 近地层沙尘降尘量季节变化特征

由图8可知，过渡带和绿洲内近地层四季的降尘量均随着高度的增加逐渐减小，在0～24 m范围内波动较大，而24～50 m范围变化曲线较为平缓。过渡带春、夏、秋、冬季的降尘量廓线特征均可用幂函数来描述，分别为M=2.5927-0.55（2=0.91）、M=1.1268-0.326（2=0.82）、M=0.6994-0.391（2=0.80）、M=0.294-0.362（2=0.74）。绿洲内春季和夏季的降尘量廓线特征可以用幂函数表示，且均达到极显著水平，春季为M=1.6646-0.608（2=0.86），夏季为M=1.0218-0.491（2=0.92），而秋季和冬季的不同高度上的降尘量差值相对较大，也可用幂函数来表示，但均未达到极显著水平。

a. 荒漠-绿洲过渡带

a. Desert-oasis ecotone

春季是乌兰布和沙漠沙尘集中季节，绿洲内和过渡带均是春季沙尘含量最高，夏季沙尘含量次之，而秋季略大于冬季。过渡带和绿洲内春季降尘量大于其他3个季节，但是夏季、秋季和冬季三者之间的差异较小。过渡带降尘量大于绿洲内，过渡带降尘量为绿洲内降尘量的1.34倍。

3 讨　论

3.1 风速随高度的变化特征

本文通过近地层风沙监测塔实测的风速数据，绘制了乌兰布和沙漠东北缘两种不同下垫面的近地层风速廓线，认为过渡带和绿洲内近地层的风速随高度增加均呈现出递增趋势，风速廓线特征均可用幂函数来表示，且均达到极显著水平（2=0.96～0.99，<0.01）。研究结果与前人在不同地区开展研究所得到的结果相类似。张正偲等通过中国科学院风沙科学观测场的实测资料，绘制了腾格里沙漠边界层的风速廓线，结果显示，在0～50 m高度上，风速随着高度增加而递增[2]。赵明等在民勤绿洲开展的研究也得到了相同的结果，即沙漠、沙漠-绿洲过渡带和绿洲内0～50 m垂直高度上，风速均随高度增加遵循幂函数曲线递增[18]。

3.2 沙尘随高度分布特征

沙尘输送是物质输送和循环不可或缺的构成部分，强烈的沙尘输送就是人们所熟知的风沙灾害[19]。空气中的沙尘主要来源于沙漠和干旱地区的风蚀和随风扬起过程[20]。沙尘水平通量是沙尘输送数值模拟的必要参数，并对其研究具有重要意义。大气降尘具有重要的环境指征意义，常被用作大气污染监测的参考性指标。近年来，近地表（0～2 m）和近地层（0～50 m）的沙尘水平通量与降尘量受到广泛关注，常用的研究方法主要是野外监测和风洞模拟试验，进而通过沙尘浓度廓线获得沙尘分布特征[1]。目前，关于近地表（0～2 m）范围内沙尘随高度分布特征的研究相对较多，而对于近地层（0～50 m）这个相对较高范围内的沙尘廓线的研究相对还是较少。在相对较少的一些研究中，可能由于受监测仪器、区域环境等相关因素的影响，类似的一些研究结果也存在差异。张正偲等在腾格里沙漠监测了流动沙丘区域近地层的沙尘通量，认为沙尘通量与高度之间的关系为指数关系[3]；而赵明等在民勤绿洲的研究认为沙尘通量与高度之间为幂函数关系[18]。本文研究结果与赵明等的研究结果相类似，即乌兰布和沙漠东北缘沙漠-绿洲过渡带和绿洲内沙尘水平通量和降尘量均随高度增加而降低，年内沙尘通量均值分布廓线可用幂函数很好地反映出来。尽管模型参数存在一定的差异，而沙尘通量整体分布特征均是一致的。这些差异可能是由于下垫面类型、监测仪器型号及监测时间等存在差异而导致的[21]。事实上，众多关于近地面沙尘结构的研究结果已经表明，沙尘输送通量随高度的增加而减小[22]，且在近地表随高度的分布符合幂函数[18,23-25]或指数函数[26-27]分布规律。因此认为前人研究成果及本文的研究结果均很好的反映了研究区域沙尘通量的分布特征。但是，在今后的研究中，为了能够得到相对一致的研究结果，研究者们还应该尽可能的统一沙尘监测仪器，监测时间、监测频率，继而开展长期、连续的监测，在此基础上汇总沙尘监测数据，分析中国北方沙漠地区的近地层沙尘特征，为今后的防沙治沙工作提供基础数据。

3.3 沙尘通量的季节变化特征

随着高度增加，空气中的沙尘质量逐渐减少，但监测期不同，其变化特征也存在差异。有学者认为，年初和年末不同高度上的沙尘质量梯度最明显，也有学者认为春季和秋季是沙尘梯度最显著的季节，春季近地层沙尘随高度的分层最明显[4]。本研究的结果表明，乌兰布和沙漠东北缘春季是沙尘水平通量和降尘量集中季节，其次为夏季，秋季略大于冬季。大风持续时间与扬沙和沙尘暴发生天数是造成区域降尘量季节性差异的一个主要原因，而且扬沙和沙尘暴发生的总天数与降尘量之间存在极显著的线性相关关系[11]，这可能正是春季沙尘通量显著高于其他季节的原因。而对于冬季和秋季沙尘通量值较低的现象，这与张加琼等[28]在沙坡头地区的研究结果相类似，即3－5月为年内风沙沉降高峰期，6－8月风沙沉降物源为沉降减弱期，9月－翌年2月为沉降最弱期。3－5月以上风向邻近区域的风蚀起沙为主，6－8月风沙沉降物源中大气降尘相对增加而上风向邻近区域的风蚀起沙相对减少，9月－翌年2月风沙沉降物源以大气降尘为主[28]。

基于仪器发生受损及监测数据的完整性等多因素的考虑，本研究主要以2013年全年的数据为内容，分析了年内风速及沙尘通量的特征。这可能对于剖析区域近地层风速和沙尘通量时空分布特征还稍显不足。但是，本研究中对2种不同下垫面风速及沙尘通量的对比结果在一定程度上也可以提高人们保护荒漠生态环境的意识。对于该区域近地层风沙方面的研究工作，今后我们会继续进行长期、连续的监测，在完善监测仪器、监测手段的基础上，通过总结与分析长时间序列的数据以便更好地揭示研究区近地层风速及沙尘通量时空分布规律。此外，考虑区域气候特征季节性明显、植被覆盖度、生长季分明等多方面的因素，认为用一年中4个季节的监测结果来反映区域风速及沙尘特征会更加明显，季节之间差异显著，结果更加有效。因此，对风速和沙尘通量未进行月际之间变化的分析，而只进行了春、夏、秋、冬4个季节之间的差异分析。

4 结论与展望

1）乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大，风速廓线特征可用幂函数表示；过渡带平均风速显著高于绿洲内；在水平梯度上，风从过渡带进入绿洲后，平均风速减小19.16%；在垂直尺度上，风速消减值随高度增加呈减小趋势，主要消减层在0～24 m高度范围内。

2）过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量随着高度增加而减少，其分布特征遵循幂函数；过渡带近地层沙尘水平通量显著高于绿洲内，而二者的降尘量差值相对较小；过渡带沙尘降尘量与水平通量之间为线性关系，而绿洲内沙尘降尘量与水平通量之间为指数函数关系。

3）在春、夏、秋、冬季，过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小，0～24 m范围内变化波动较大，而24～50 m范围变化曲线较为平缓；过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均以春季值最高，其次为夏季，秋季和冬季相对较低；一年四季中，过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。

乌兰布和沙漠绿洲是内蒙古生态移民的移入区和支柱产业，为缓解生态危困地区人口压力，促进地区经济繁荣和维护社会稳定发挥了重要作用。近年来，该区域内沙产业大力发展，人工绿洲面积大幅增加。但是，沙产业发展过程中存在一些不合理的开发与利用，致使过渡带天然荒漠植被遭受严重破坏，加之新垦绿洲没有解决好开发与保护的关系，致使土地荒漠化过程明显，绿洲内风蚀、沙化、流沙入侵等逐渐成为绿洲主要生态环境问题和农业生产的主要障碍因素，危害绿洲农业生态经济系统的正常运转。本研究分析了该区域两种不同下垫面近地层风速和沙尘通量的监测数据，明确了区域近地层风速廓线特征与沙尘通量廓线特征，认为有完整防护体系的人工绿洲在减轻风沙危害方面发挥着重大的作用。因此，建议该区域在今后发展沙产业及绿洲建设过程中，首先要减轻对天然植被的破坏，这样可以防止沙化土地发生与发展；其次，应在待开发区域合理规划，建立有效的风沙防护体系，然后对有防护体系保护的区域内再进行开发，这样可减轻地表风蚀，阻止大量沙物质向绿洲区输送。今后，还需进行长期、连续的监测，在此基础上总结长时段的监测数据来更好地揭示区域风沙结构特征及其影响因素，进而为区域制定防沙治沙技术措施提供更全面的参考资料。

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Characteristics of near-surface wind speed and sand-dust flux at northeast edge of Ulan Buh Desert

Luo Fengmin, Xin Zhiming, Gao Junliang, Hao Yuguang※, Ge Genbatu, Li Xinle

(/,015200,)

Deserts are the main source of dust storms in the surface layer, aeolian sand-dust transport is a serious problem in many arid and semi-arid regions in the world, and it is considered to be a significant part of global biogeochemical cycle. Aeolian dust transport processes are closely related to the variation of the height of near-surface horizontal and deposition dust flux. Ulan Buh Desert is one of the 8 largest deserts in China, and is also one of the important dust source regions in northern China. In this paper, fixed monitoring stations were set up in both the desert-oasis ecotone and the oasis at the northeast edge of Ulan Buh Desert, the near-surface (0-50 m) wind speed and sand-dust flux data obtained from the dust observation tower at the Inner Mongolia Dengkou Desert Ecosystem Research Station of the State Forestry Administration in 2013 were analyzed to reveal the spatio-temporal variation characteristics of wind speed and sand-dust flux at the northeast edge of Ulan Buh Desert. The results showed as follows: 1) Both the average wind speed of the year and the average wind speed of different seasons of the near-surface layer in both desert-oasis ecotone and oasis increased with the increase of the height, and the wind speed profile characteristics could be expressed by power exponential function. The wind speed in the desert-oasis ecotone was significantly higher than that in the oasis. 2) The near-surface horizontal sand-dust flux and dust-falling amount in both desert-oasis ecotone and oasis decreased with the increase of the height, and the distribution characteristics also accorded with power exponential function. The horizontal sand-dust flux in the oasis-desert ecotone was significantly higher than that in the oasis, which obviously indicated that the protection forest in the oasis has the effects of weakening the transportation of sand dust. The horizontal sand-dust flux and dust-falling amount in the desert-oasis ecotone had a linear correlation relationship, while the horizontal sand-dust flux and dust-falling amount in the oasis showed an exponent relationship. 3) The variation characteristics of horizontal sand-dust flux and dust-falling amount in the artificial oasis and the oasis-desert ecotone were gradually decreased with the increase of the height in the 4 seasons of a year, the horizontal sand-dust flux and dust-falling amount were concentrated in spring, followed by summer, while those in autumn and winter were relatively low; the horizontal dust flux and the dust-falling amount of oasis-desert transition belt were significantly higher than the inner oasis. The horizontal dust flux and dust-falling amount in the oasis-desert ecotone were significantly higher than that in the oasis in all 4 seasons of a year. The results reveal the spatio-temporal variation rules of near-surface wind speed and sand-dust activity, and illuminate the mechanism of the effects of oasis protection forest on weakening surface wind speed and sand-dust activities, which can help to provide a theoretical basis and reference for the desertification combating and the establishment of oasis protection forest.

wind; velocity; dust; surface layer; horizontal sand-dust flux; dust fall amount; Ulan Buh Desert

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.24.019

X16; S157.1

A

1002-6819(2016)-24-0147-08

2016-03-09

2016-07-13

“十二五”科技支撑课题“干旱区沙漠边缘防风固沙体系构建技术研究与试验示范”(2012BAD16B0103)；国家林业局防沙治沙专题“乌兰布和沙漠东北部荒漠化定位监测”。

罗凤敏，女，内蒙古敖汉旗人，工程师，主要从事荒漠化防治研究。磴口 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，015200。Email：lfm359541965@126.com

郝玉光，男，内蒙古五原县人，研究员，博士，主要从事荒漠化防治研究。磴口 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，015200。Email：hyuguang@163.com