羅鳳敏，高君亮，辛智鳴，邊 凱，郝玉光，劉 芳

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烏蘭布和沙漠東北緣起沙風(fēng)風(fēng)況及輸沙特征

羅鳳敏，高君亮，辛智鳴，邊 凱，郝玉光※，劉 芳

（內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站/中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實驗中心，磴口 015200）

輸沙勢（DP）是衡量區(qū)域風(fēng)沙活動強度的重要指標(biāo)，為探明烏蘭布和沙漠東北緣風(fēng)沙活動強度特征，評估區(qū)域風(fēng)能狀況，該論文基于“內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站”2013－2017年監(jiān)測的風(fēng)速、風(fēng)向及輸沙量數(shù)據(jù)，對烏蘭布和沙漠東北緣的起沙風(fēng)風(fēng)況、輸沙勢及輸沙率特征進(jìn)行深入研究。研究結(jié)果如下：1）研究區(qū)年均起沙風(fēng)風(fēng)速為6.77 m/s，年均起沙風(fēng)頻率為19.74%，最大風(fēng)速為20.76 m/s，三者均以春季最高，是主要的風(fēng)沙活動期，秋季次之，夏季與秋季較為接近，冬季最?。?）研究區(qū)四季起沙風(fēng)風(fēng)向與全年起沙風(fēng)風(fēng)向一致，均以偏東風(fēng)（NNE，NE，ENE，E）和偏西風(fēng)（SW，WSW，W，WNW）為主；3）研究區(qū)年輸沙勢（DP）和年合成輸沙勢（RDP）分別為183.38和73.41 VU，屬于低風(fēng)能環(huán)境，年方向變率指數(shù)（RDP/DP）為0.40，屬于中比率，年合成輸沙勢方向（RDD）111.15°，為ESE方向，表明烏蘭布和沙漠東北緣沙物質(zhì)主要朝東南偏東方向輸移；年輸沙勢和年合成輸沙勢的季節(jié)變化特征和月變化特征均為春季顯著高于其他季節(jié)；（4）16方位實測輸沙率為35.11 kg/m·d，WNW方向的輸沙率最大，春季輸沙率顯著高于其他季節(jié)。

風(fēng)；侵蝕；起沙風(fēng)；輸沙勢；輸沙量；輸沙率；烏蘭布和沙漠

0 引 言

風(fēng)沙活動對土地沙漠化和沙塵天氣趨勢有重要的影響[1]，風(fēng)是近地層風(fēng)沙活動和風(fēng)沙地貌形成的動力因子[1-3]。查明區(qū)域近地層風(fēng)況特征，系統(tǒng)評估區(qū)域風(fēng)能環(huán)境，不僅是研究區(qū)域風(fēng)沙活動特征及風(fēng)沙地貌形成與演化過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且是制訂區(qū)域風(fēng)沙災(zāi)害防治體系的重要依據(jù)[2-5]。

風(fēng)沙流研究中，常用輸沙勢（DP）衡量區(qū)域風(fēng)沙活動強度及風(fēng)沙地貌演變趨勢的重要指標(biāo)[6-8]，已被國內(nèi)外眾多學(xué)者廣泛使用。國外關(guān)于輸沙勢的研究主要在尼羅河河谷和三角洲?科威特沙漠以及埃及El-Khanka等地區(qū)展開[9-11]；國內(nèi)關(guān)于輸沙勢的研究主要在呼倫貝爾沙地[12]、科爾沁沙地[13]、毛烏素沙地[14]、柴達(dá)木盆地[15]、騰格里沙漠[16]、古爾班通古特沙漠[17]、庫姆塔格沙漠[3,18]、塔克拉瑪干沙漠[19]?巴丹吉林沙漠[2]以及中國北方等地區(qū)[8,20]展開，而關(guān)于烏蘭布和沙漠輸沙勢方面的研究目前未見報道。

烏蘭布和沙漠總面積約1.0×104km2，是中國干旱區(qū)沙漠化發(fā)展嚴(yán)重地區(qū)之一，同時又是中國沙塵發(fā)生源區(qū)，西沙東移的主通道和中轉(zhuǎn)區(qū)[21-22]。烏蘭布和沙漠的流沙以每年約8～10 m的速度東侵南擴，嚴(yán)重地影響了黃河在河套平原地區(qū)的正常通流，給當(dāng)?shù)胤懒璺姥慈蝿?wù)形成了巨大壓力；對包蘭鐵路、京藏高速、110國道以及黃河三盛公水利樞紐等國家重要基礎(chǔ)設(shè)施也造成了嚴(yán)重威脅。研究結(jié)果顯示，烏蘭布和沙漠前沿流動沙丘直接進(jìn)入黃河河道的長度己從1985年的36 km增加到目前的46 km左右，在西北風(fēng)的作用下，每年向黃河侵泄的流沙，己從20世紀(jì)的6000多萬噸增加到現(xiàn)在的近億噸，使磴口段黃河干流河床高出地面2 m，部分河床已高出河床平原地區(qū)10 m左右，形成了名副其實的地上“懸河”[23-24]。面對如此嚴(yán)重的沙害現(xiàn)狀，眾多研究者在烏蘭布和沙漠已開展了大量風(fēng)沙方面的研究，如：風(fēng)沙運移特征[25]、沿黃區(qū)域風(fēng)沙活動[26]、風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)[27]、近地層風(fēng)速特征[28]、土壤風(fēng)蝕特征[29]等，但由于野外監(jiān)測條件等因素制約，目前這些研究大多都是針對短期、甚至是一次風(fēng)沙活動的研究，缺少長期、連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對該區(qū)域風(fēng)沙活動進(jìn)行研究，特別是關(guān)于輸沙勢方面的研究目前未見報道。因此，基于長期定位的風(fēng)沙數(shù)據(jù)來分析研究烏蘭布和沙漠東北緣的風(fēng)況及輸沙勢特征，可以為區(qū)域內(nèi)開展防沙治沙工作提供數(shù)據(jù)支撐。

鑒于此，本研究基于“內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站”（簡稱磴口站）近5 a（2013－2017年）監(jiān)測的風(fēng)速、風(fēng)向及輸沙量數(shù)據(jù)，對烏蘭布和沙漠東北緣起沙風(fēng)風(fēng)況及輸沙勢特征進(jìn)行了分析，深入探究研究區(qū)的風(fēng)沙活動狀況，評價了該地區(qū)風(fēng)沙強度特征。該研究結(jié)果對烏蘭布和沙漠東北緣地帶制定科學(xué)的防沙治沙對策與方法，及維護區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究的定位監(jiān)測站位于烏蘭布和沙漠東北緣，行政區(qū)劃隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣（圖1）。該區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，干旱少雨，降水分配不均，季節(jié)溫差大；溫濕同期，日照充足；風(fēng)沙活動強烈，土壤以風(fēng)沙土為主。磴口站多年氣象資料統(tǒng)計結(jié)果顯示：平均氣溫7.8 ℃，最高氣溫39 ℃，最低氣溫?29.6 ℃，年均降水量140.3 mm，年均蒸發(fā)量2 380.6 mm，年均風(fēng)速3.7 m/s，瞬時風(fēng)速最高可達(dá)24 m/s，年均大風(fēng)日數(shù)12.5 d，風(fēng)沙是主要自然災(zāi)害。天然植被以旱生和超旱生的荒漠植被為主，如：白刺（Bobr.）、油蒿（Krasch.）等；人工植被以楊樹（）、梭梭（(C.A.Mey.) Bge.）等沙旱生灌木為主[28]。

圖1 烏蘭布和沙漠東北緣風(fēng)沙觀測場位置

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用2013－2017年的風(fēng)速、風(fēng)向原始數(shù)據(jù)均取自于磴口站（40°19′36.12"N，106°47′32.28"E，海拔1 045 m）風(fēng)沙監(jiān)測塔上安裝的Windsonic二維超聲風(fēng)速風(fēng)向傳感器，啟動風(fēng)速0.01 m/s，精度12 m/s時，量程（0～60 m/s，0～359°），分辨率（0.01 m/s，1°）。數(shù)據(jù)采集頻率為10 min，觀測高度為12 m。由于觀測儀器故障，因此出現(xiàn)個別月份的觀測數(shù)據(jù)不夠完整，因此起沙風(fēng)頻數(shù)的計算采用起沙風(fēng)出現(xiàn)時數(shù)與風(fēng)速風(fēng)向總統(tǒng)計時數(shù)的百分比表示。

1.2.2 數(shù)據(jù)計算分析方法

1）輸沙勢計算

將2013－2017年的原始風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)以10 min為統(tǒng)計單位，參考相關(guān)研究[30]，計算每月風(fēng)速≥5 m/s的起沙風(fēng)的平均風(fēng)速、最大風(fēng)速及起沙風(fēng)頻率。統(tǒng)計計算N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SW、SSW、WSW、W、WNW、NW和NNW 16個方位起沙風(fēng)頻率，為了更好地表述風(fēng)速風(fēng)向分布特征，每個方位的起沙風(fēng)均按照5 m/s≤＜7 m/s，7 m/s≤＜9 m/s，9 m/s≤＜11 m/s，≥11 m/s 4個風(fēng)速段進(jìn)行分段統(tǒng)計，根據(jù)以上統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)繪制起沙風(fēng)玫瑰圖。輸沙勢計算公式[31-32]如下

式中DP為輸沙勢，以矢量單位VU表示；和V分別為起沙風(fēng)風(fēng)速和臨界起沙風(fēng)風(fēng)速，單位為節(jié)（1節(jié)≈0.5 m/s）；為起沙風(fēng)時間，用觀測時段內(nèi)所觀測的起沙風(fēng)時間數(shù)與總觀測時間數(shù)的百分比表示。

根據(jù)統(tǒng)計的16個方位的起沙風(fēng)頻率，計算每個方位的輸沙勢，然后根據(jù)矢量合成法則合成16個方位的輸沙勢，得到合成輸沙勢（RDP）和合成輸沙勢方向，合成輸沙勢與輸沙勢的比值為方向變率指數(shù)（RDP/DP）。依據(jù)合成輸沙勢將區(qū)域風(fēng)能環(huán)境可劃分為高?中?低3個級別，對應(yīng)的合成輸沙勢范圍分別為>400、200～400和<200 VU，方向變率指數(shù)劃分為大（≥0.8）、中（0.3～0.8）、?。ā?.3）3個級別[33]。本文采用中國氣象學(xué)上四季劃分方法[34]，即3－5月為春季，6－8月為夏季，9－11月為秋季，12月－翌年2月為冬季。

2）輸沙率計算

為了解決傳統(tǒng)的單方向積沙儀不能全方位連續(xù)觀測的問題，本文采用全方位定點積沙儀觀測輸沙量，研究區(qū)內(nèi)放置一臺多向積沙儀，該積沙儀地上部分為為圓柱狀集沙筒（直徑10 cm，高50 cm），每隔22.5°有一個積沙盒（共16個積沙盒），積沙儀集沙口面積為2 cm×2 cm，通過導(dǎo)管與地下部分的收集器相接。積沙儀在2013－2017年期間連續(xù)觀測風(fēng)沙運動規(guī)律，每個完整年度內(nèi)獲取12次輸沙量數(shù)據(jù)，本文試驗階段共獲取60次輸沙量數(shù)據(jù)。采集的沙物質(zhì)樣品采用電子天平稱質(zhì)量（精度為0.01 g），從而獲得輸沙量數(shù)據(jù)。輸沙率（單寬輸沙率）計算公式如下

式中為輸沙率，kg/m·d；為集沙量，kg；為積沙儀進(jìn)沙口寬度，m；?為時間，d。

采用Exce1 2016軟件整理分析風(fēng)速、風(fēng)向及輸沙量數(shù)據(jù)，利用Origin 8軟件繪制風(fēng)向玫瑰圖、輸沙勢玫瑰圖及輸沙率圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 烏蘭布和沙漠東北緣風(fēng)況特征

2.1.1 起沙風(fēng)年內(nèi)分布及風(fēng)速變化特征

2013－2017年期間，研究區(qū)各月起沙風(fēng)頻率及風(fēng)速變化特征存在差異（圖2）。平均風(fēng)速是衡量區(qū)域風(fēng)沙活動強度的指標(biāo)之一，可用年平均和月平均風(fēng)速等表示不同時間尺度的風(fēng)速變化。研究區(qū)年均起沙風(fēng)風(fēng)速為6.77 m/s，起沙風(fēng)的月均風(fēng)速變化較小，在6.27～7.30 m/s之間波動，最大值出現(xiàn)在5月份（7.30 m/s），最小值出現(xiàn)在1月份（6.27 m/s）；春季平均風(fēng)速最高（7.10 m/s），秋季次之（6.81 m/s）；夏季與秋季平均風(fēng)速較為接近（6.64 m/s），冬季最小（6.53 m/s）。年均起沙風(fēng)頻率為19.74%，1－5月起沙風(fēng)頻率呈現(xiàn)增加趨勢，5－9月呈現(xiàn)減小趨勢，9－11月又呈現(xiàn)增加趨勢，5月最高（28.40%），11月次之（27.90%），9月最?。?2.46%）；就季節(jié)而言，春季最高（24.63%），秋季次之（18.65%），夏季（18.06%）與秋季較為接近，冬季最?。?7.61%）。起沙風(fēng)最大風(fēng)速與起沙風(fēng)頻率變化趨勢一致，1－5月呈現(xiàn)增加趨勢，5－9月呈現(xiàn)減小趨勢，9－11月又呈現(xiàn)增加趨勢，最大值出現(xiàn)在5月（20.76 m/s），4月次之（19.38 m/s），1月最小（11.86 m/s）；就季節(jié)而言，春季最高（18.43 m/s），夏季次之（16.06 m/s），秋季與夏季較為接近（15.84 m/s），冬季最?。?3.60 m/s）。在春季，氣壓活動中心位置不穩(wěn)定，天氣系統(tǒng)頻繁過境，因此導(dǎo)致大風(fēng)天氣較其他季節(jié)增多。

圖2 起沙風(fēng)月際變化（2013－2017）

2.1.2 年起沙風(fēng)風(fēng)向玫瑰圖

風(fēng)速決定近地層風(fēng)沙運動，但風(fēng)向決定風(fēng)沙運動的方向，對風(fēng)沙運動而言具有同樣至關(guān)重要的作用。通過對烏蘭布和沙漠東北緣風(fēng)向資料的統(tǒng)計分析可知（圖3），2013－2017年期間，研究區(qū)主要以偏東風(fēng)（NNE，NE，ENE，E）和偏西風(fēng)（SW，WSW，W，WNW）為主，這2組風(fēng)向占全年風(fēng)向的79.50%，其中偏東風(fēng)占28.90%，偏西風(fēng)占50.60%。偏東風(fēng)中以NE為主，而偏西風(fēng)中的四個風(fēng)向分布較為均勻，所占比例相近。

圖3 烏蘭布和沙漠東北緣全年起沙風(fēng)玫瑰圖（2013－2017）

2.1.3 季節(jié)起沙風(fēng)風(fēng)向玫瑰圖

2013－2017年期間，研究區(qū)四季起沙風(fēng)風(fēng)向與全年起沙風(fēng)風(fēng)向一致，均以偏東風(fēng)（NNE，NE，ENE，E）和偏西風(fēng)（SW，WSW，W，WNW）為主（圖4），這2組風(fēng)向累計占春、夏、秋、冬起沙風(fēng)頻率的75.51%，70.56%，84.63%，86.37%，其中偏東風(fēng)占春、夏、秋、冬起沙風(fēng)頻率的31.24%，43.12%，22.90%，20.55%，偏西風(fēng)占春、夏、秋、冬起沙風(fēng)頻率的44.27%，27.44%，61.72%，65.83%。

圖4 烏蘭布和沙漠東北緣各季節(jié)起沙風(fēng)玫瑰圖（2013－2017）

起沙風(fēng)風(fēng)向在春、夏季具有較高的相似性，均表現(xiàn)為風(fēng)向多變，而秋、冬季相對而言則起沙風(fēng)風(fēng)向相對集中，季節(jié)差異性主要表現(xiàn)在起沙風(fēng)頻率與主風(fēng)向組成結(jié)構(gòu)兩個方面，由此導(dǎo)致了研究區(qū)起沙風(fēng)的季節(jié)性變化特征。春季起沙風(fēng)占全年起沙風(fēng)頻率的29.49%，偏西風(fēng)占主導(dǎo)地位，其中NE方向所占比例最高（17.74%），其次為WNW方向（14.03%）；夏季起沙風(fēng)占全年起沙風(fēng)頻率的20.22%，偏東風(fēng)占主導(dǎo)地位，其中NE方向所占比例最高（24.49%），其次為WNW方向（9.52%）；秋季起沙風(fēng)占全年起沙風(fēng)頻率的26.88%，偏西風(fēng)占主導(dǎo)地位，其中W方向所占比例最高（16.76%），其次為SW方向（16.23%）；冬季起沙風(fēng)占全年起沙風(fēng)頻率的23.40%，偏西風(fēng)占主導(dǎo)地位，其中SW方向所占比例最高（20.80%），其次為WSW方向（18.26%）。

2.2 烏蘭布和沙漠東北緣風(fēng)沙活動強度

2.2.1 烏蘭布和沙漠東北緣年輸沙勢

輸沙勢對區(qū)域內(nèi)風(fēng)沙活動強度以及風(fēng)沙地貌形成的研究起著至關(guān)重要的作用，而輸沙勢則是通過分析年輸沙勢?月輸沙勢?合成輸沙勢?合成輸沙勢方向以及風(fēng)向變率等具體指標(biāo)進(jìn)而對研究區(qū)域內(nèi)風(fēng)沙活動強度進(jìn)行評價[35]。合成輸沙勢是輸沙勢玫瑰圖中各個方向輸沙勢的矢量合成，反映一個地區(qū)的風(fēng)沙活動強度，合成輸沙勢方向表示輸沙的凈走向，反映區(qū)域的沙物質(zhì)搬運方向[1]。

2013－2017年期間，研究區(qū)年輸沙勢和合成輸沙勢分別為183.38VU和73.41VU，根據(jù)區(qū)域風(fēng)能分類標(biāo)準(zhǔn)[33]，研究區(qū)全年整體上處于低風(fēng)能環(huán)境（圖5），其中以W方向的輸沙勢最大（36.87 VU），WNW方向與W方向輸沙勢相近，其值為（36.79 VU），其次為NE方向（27.88 VU）；年方向變率指數(shù)（RDP/DP）為0.40，屬于中比率，風(fēng)況屬于鈍雙峰或銳雙峰；年合成輸沙勢方向（RDD）為111.15°，為ESE方向，表明全年沙物質(zhì)整體朝東南偏東方向輸移。

注：DP為輸沙勢，RDP為合成輸沙勢，RDP/DP為方向變率指數(shù)。下同。

2.2.2 烏蘭布和沙漠東北緣季節(jié)輸沙勢

2013－2017年期間，研究區(qū)輸沙勢呈現(xiàn)出季節(jié)變化特征，年輸沙勢和年合成輸沙勢季節(jié)變化特征與起沙風(fēng)頻率和平均風(fēng)速的季節(jié)變化趨勢一致，春季輸沙勢和合成輸沙勢顯著高于其他季節(jié)（圖6）。春季DP、RDP最大，分別為66.25、32.85 VU，RDD值為116.35°，為ESE方向，方向變率指數(shù)為0.50，屬于中比率；其次為秋季，DP、RDP分別為50.78、25.91 VU，RDD值為98.26°，為ESE方向，方向變率指數(shù)為0.51，屬于中比率；再次為冬季，DP、RDP分別為34.14、12.09 VU，RDD值為99.21°，為E方向，方向變率指數(shù)為0.35，屬于中比率；夏季DP、RDP最小，分別為32.22、6.42 VU，RDD值為166.87°，為SSE方向，方向變率指數(shù)為0.20，屬于低比率。結(jié)合圖2分析，研究區(qū)春季起沙風(fēng)頻率較高，加之降水少、地表凍土開始融化、地表裸露，在多種因素共同作用為地表風(fēng)沙運移提供了有利的動力條件以及豐富的沙源，因此春季為研究區(qū)最主要的風(fēng)沙活動期。

圖6 烏蘭布和沙漠東北緣季節(jié)輸沙勢（2013－2017）

2.2.3 烏蘭布和沙漠東北緣月輸沙勢

由圖7可知，2013－2017年期間，研究區(qū)DP和RDP月變化特征與起沙風(fēng)頻率和平均風(fēng)速的月變化趨勢一致。5月DP、RDP最大，分別為27.75、13.66 VU，RDD值為109.97°，為ESE方向，方向變率指數(shù)為0.49，屬于中比率；其次為11月，DP、RDP分別為24.96、13.57 VU，RDD值為83.83°，為E方向，方向變率指數(shù)為0.54，屬于中比率；4月與11月較為接近，DP、RDP分別為23.79、13.27 VU，RDD值為120.40°，為ESE方向，方向變率指數(shù)為0.56，屬于中比率；1月DP、RDP最小，分別為6.99、4.04 VU，RDD值為78.86°，為E方向，方向變率指數(shù)為0.58，屬于中比率。從整體變化趨勢上分析，RDD的年內(nèi)變化趨勢較穩(wěn)定，主要為偏東方向（ESE、E、ENE），其中ESE方向所占比例較大。

2.2.4 實測輸沙量

由圖8可知，2013－2017年期間，研究區(qū)16方位輸沙率為35.11 kg/m·d，以偏北方向（NW，NNW，N，NNE）和偏西方向（SW，WSW，W，WNW）為主，這2組方向分別占總輸沙率的32.87%和30.65%。其中偏西方向以WNW方向的輸沙率最大（3.21 kg/m·d），偏北方向以NW方向的輸沙率最大（3.08 kg/m·d）。在研究階段，輸沙率的計算結(jié)果與輸沙勢一致，但是與合成輸沙勢方向不一致，這與謝勝波等人在青藏高原紅梁河地區(qū)的研究結(jié)果一致[36]。主要是因為實測輸沙率不僅受風(fēng)速和風(fēng)向的影響，當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件與沙源狀況也與之密切相關(guān)。

圖7 烏蘭布和沙漠東北緣月輸沙勢（2013－2017）

圖8 烏蘭布和沙漠東北緣年輸沙率和季節(jié)輸沙率（2013－2017）

2013－2017年期間，研究區(qū)四季輸沙率與年輸沙率一致（圖8），均以偏北方向（NW，NNW，N，NNE）和偏西方向（SW，WSW，W，WNW）為主，這2組方向累計占春、夏、秋、冬總輸沙率的60.12%，76.87%，65.08%，62.27%，其中偏北方向占春、夏、秋、冬總輸沙率的31.59%，30.88%，29.32%，29.68%，偏西方向占春、夏、秋、冬總輸沙率的28.54%，45.98%，35.75%，32.59%。

輸沙率呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，春季輸沙率顯著高于其他季節(jié)。春季輸沙率最大，為16.50 kg/m·d，占總輸沙率的47.15%，其中NW和NNW方向的輸沙率最大，分別為1.47和1.46 kg/m·d；其次為冬季（8.03 kg/m·d），其中SW方向的輸沙率最大（0.70 kg/m·d）；夏季最小（4.34 kg/m·d），其中WNW方向輸沙率最大（0.62 kg/m·d）。

3 討 論

風(fēng)場和沙源供給對于沙丘形態(tài)的形成起著至關(guān)重要的作用。烏蘭布和沙漠東北部沙丘形態(tài)主要是半固定沙丘與梁窩狀沙丘或沙壟相間分布，北部及邊緣地帶有新月形沙丘及沙丘鏈零星分布，流沙集中分布區(qū)有復(fù)合型縱向沙壟鑲嵌其中，沙壟走向為西北方向[37]，沙壟走向與本研究的輸沙勢方向一致。由于受到大氣環(huán)流、下墊面類型和地形地貌等因素的影響，導(dǎo)致不同區(qū)域之間的風(fēng)況存在顯著差異，而風(fēng)況又是區(qū)域風(fēng)沙地貌特征形成的動力因子[38]，是開展風(fēng)沙活動強度及規(guī)律研究的基礎(chǔ)，而且是制定沙害防治措施的理論依據(jù)。2013－2017年期間，烏蘭布和沙漠東北緣春季起沙風(fēng)的發(fā)生頻率最高，風(fēng)速最大，春季起沙風(fēng)主要有偏東風(fēng)（NNE，NE，ENE，E）和偏西風(fēng)（SW，WSW，W，WNW）2組優(yōu)勢風(fēng)向，其中偏西風(fēng)發(fā)生頻次高，風(fēng)力強勁，是造成該區(qū)沙物質(zhì)向東南方向移動的主導(dǎo)風(fēng)。而這個方向也正是流沙入侵黃河、鐵路、和公路的方向。因此，建議今后該區(qū)域內(nèi)建設(shè)防風(fēng)固沙體系時應(yīng)考慮沙障、沿黃防護林等工程措施的走向應(yīng)該與輸沙凈走向垂直。

輸沙勢是衡量區(qū)域風(fēng)沙活動強度以及風(fēng)沙地貌演變的重要因子?風(fēng)沙活動特征與區(qū)域下墊面特征相互影響，互為因果[35]，因此不同區(qū)域之間的風(fēng)沙活動特征存在顯著差異。烏蘭布和沙漠東北緣DP和RDP分別為183.38和73.41 VU，屬于低風(fēng)能環(huán)境，RDP/DP為0.40，屬中比率，風(fēng)況屬于鈍雙峰或銳雙峰。與中國北方其他沙區(qū)相比，烏蘭布和沙漠風(fēng)能環(huán)境與科爾沁沙地（DP=180.32 VU）[13]較為接近；高于古爾班通古特沙漠（DP=48.25 VU）[17]、毛烏素沙地（DP=66.75 VU）[14]；低于呼倫貝爾沙地（DP=279.10 VU）[12]、庫姆塔格沙漠（DP=150.01-285.67 VU）[18,39]、柴達(dá)木盆地（DP= 284.40 VU）[15]、騰格里沙漠（DP=33.42?358.70 VU）[16]、塔克拉瑪干沙漠（DP=5.40?399.00 VU）[19,40]、巴丹吉林沙漠（DP=34?733.40 VU）[2]。從起沙風(fēng)頻率、平均風(fēng)速和輸沙勢來分析，烏蘭布和沙漠年均降水量140.30 mm，年均蒸發(fā)量2 380.6 mm，春季風(fēng)力強勁[41]，天然植被以旱生和超旱生的荒漠植被為主，風(fēng)動力與降水不同期以及較低的植被蓋度，均會加劇烏蘭布和沙漠風(fēng)沙災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度。

評價中國北方不同沙區(qū)的風(fēng)沙活動特征，并分析其與風(fēng)沙地貌發(fā)育的關(guān)系，能夠進(jìn)一步認(rèn)識各沙區(qū)的風(fēng)沙活動規(guī)律以及風(fēng)沙地貌區(qū)域特征，以期為今后風(fēng)沙活動強度的評價提供理論依據(jù)，并為不同沙區(qū)風(fēng)沙危害的治理措施的提出提供參考，豐富風(fēng)沙地貌研究的內(nèi)容。評價區(qū)域地表風(fēng)沙活動強度，不僅要對風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還需要在野外實地觀測風(fēng)沙流，同時分析區(qū)域地形、植被（蓋度季相變化、類型及其排列方式）、土壤（粒徑、含水量）等因素對風(fēng)沙活動強度的影響，但是已有的研究表明，沙漠地區(qū)關(guān)于地表風(fēng)沙活動特征的研究多集中于風(fēng)況、輸沙勢、輸沙方向及輸沙量的研究，相關(guān)影響因素的研究相對較少，因此，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步對其影響因素進(jìn)行深入的探索研究，以期為區(qū)域風(fēng)沙危害的防治與生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保護提供理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

1）烏蘭布和沙漠東北緣年均（2013－2017年）起沙風(fēng)風(fēng)速為6.77 m/s，年均起沙風(fēng)頻率為19.74%，最大風(fēng)速20.76 m/s，三者均表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化趨勢，且趨勢一致，春季最高，秋季次之，夏季與秋季較為接近，冬季最??；四季起沙風(fēng)風(fēng)向與全年起沙風(fēng)風(fēng)向一致，均以偏東風(fēng)（NNE，NE，ENE，E）和偏西風(fēng)（SW，WSW，W，WNW）為主。

2），烏蘭布和沙漠東北緣全年（2013－2017年）的，輸沙勢DP和合成輸沙勢RDP分別為183.38 VU和73.41 VU，屬于低風(fēng)能環(huán)境，方向變率指數(shù)RDP/DP為0.40，屬于中比率，RDD為111.15°，為ESE方向，表明區(qū)域沙物質(zhì)全年朝東南偏東方向輸移；DP和RDP季節(jié)變化特征和月變化特征均與起沙風(fēng)頻率和平均風(fēng)速的季節(jié)變化特征及月變化特征一致，均為春季DP和RDP顯著高于其他季節(jié)，5月最大。

3）烏蘭布和沙漠東北緣16方位輸沙率為35.11 kg/m·d，以WNW方向的輸沙率最大（3.21 kg/m·d）；輸沙率呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，春季輸沙率顯著高于其他季節(jié)。

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Characteristics of sand-driving wind regime and sediment transport in northeast edge of Ulan Buh Desert

Luo Fengmin, Gao Junliang, Xin Zhiming, Bian Kai, Hao Yuguang※, Liu Fang

(/,,,015200)

The current researches of near surface sand movement pay more attention to the short period and single direction of the blowing sand structure characteristics, but the results were difficult to combine with the long-term geomorphological processes. The sand drift potential (DP) and sediment transport are two important index to reflect windblown sand activity intensity. In order to prove the characteristic of sand-drift activities of the blown-sand movement in the northeast edge of Ulan Buh Desert, we studied the variations of sand-driving wind regime, drift potential and sediment transport rate in the northeast edge of Ulan Buh Desert, and the dates of the annual wind speed, direction and sediment transport data were collected from the “Inner Mongolia Dengkou Desert Ecosystem National Observation Research Station” during 2013-2017. We analyzed the dates by the methods of field observation, laboratory analysis and calculation. The results showed that: 1) the mean speed, frequency and maximum speed of sand-driving wind in the northeast edge of Ulan Buh Desert were 6.77 m/s, 19.74% and 20.76 m/s, respectively. These indexes were all largest in spring, the value were respectively 7.10 m/s, 24.63% and 18.43 m/s, which was main sandstorm activity period, followed by autumn, and were all smallest in winter, the value were6.53 m/s, 17.61% and 13.60 m/s, respectively. 2) The sand-driving wind direction of four seasons and the whole year were consistent with each other in the northeast edge of Ulan Buh Desert, and the main directions these were the easterly winds (NNE, NE, ENE, E) and the westerly winds (SW, WSW, W, WNW. 3) The yearly sand drift potential and the resultant drift potential(RDP) were respectively 183.38 VU and 73.41 VU, which belongs to an intermediate wind energy environment, and the yearly index of directional wind variability (RDP/DP) was 0.40, which belongs to a intermediate ratio. The yearly resultant drift direction (RDD) was 111.15°, which indicated the southeast by east direction. The sand material of the northeast edge of Ulan Buh Desert move to southeast by east direction. The seasonal variation characteristics and monthly variation characteristics in spring of the sand drift potential and the resultant drift potential, the sand drift potential and the resultant drift potential were largest in May, followed by November, and the smallest in January. 4) The sand transport quantity of the sixteen directions of northeast edge of Ulan Buh Desert was 35.11 kg/m·d, the sediment transport quantity of the WNW direction reached the maximum and the value was 3.21 kg/m·d, and the sediment transport rate showed obvious seasonal variation characteristics, while the sand transport quantity of spring was significantly higher than other seasons. The research results provide a basis for the ecological environment assessment of the northeast edge of Ulan Buh Desert, and provide a theoretical basis for regional desertification prevention and control measures.

wind; erosion; sand-driving wind; drift potential; sediment transport; sediment transport rate; Ulan Buh Desert

羅鳳敏，高君亮，辛智鳴，邊 凱，郝玉光，劉 芳. 烏蘭布和沙漠東北緣起沙風(fēng)風(fēng)況及輸沙特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(4)：145－152. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018 http://www.tcsae.org

Luo Fengmin, Gao Junliang, Xin Zhiming, Bian Kai, Hao Yuguang, Liu Fang. Characteristics of sand-driving wind regime and sediment transport in northeast edge of Ulan Buh Desert[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 145－152. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018 http://www.tcsae.org

2018-08-16

2019-02-18

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費（CAFYBB2017MB026）；中國科學(xué)院沙漠與沙漠化重點實驗室開放基金課題（KLDD-2018-004）；內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站運行補助（2018-LYPT-DW-140）；國家林業(yè)局防沙治沙專題“烏蘭布和沙漠東北部荒漠化定位監(jiān)測”共同資助

羅鳳敏，工程師，主要從事荒漠生態(tài)監(jiān)測研究。 Email：lfm359541965@126.com

郝玉光，博士，研究員，主要從事荒漠化防治研究。 Email：hyuguang@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018

P931.3

A

1002-6819(2019)-04-0145-08