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我国沙漠化治理与风沙活动研究 在干旱的条件下，风是沙漠表面形态形成的主要动力，但并非所有风都与沙漠表面形态的发育有关。只有通过根系扩散和输送沙子，才能在沙漠表面的形成中发挥重要作用。含有沙子的沙子运动的气流称之为沙子流。它的形成依赖于空气和沙质地表两种不同密度的物理介质的相互作用。只有当气流的速度大于沙粒的起动速度时, 沙粒才能脱离沙面进入气流中被搬运, 导致沙质地表风蚀的发展。风蚀是沙漠地区风沙活动的基本表现形式, 它不仅形成了沙漠地区的地表形态, 而且给人们的生产和生活带来了严重的威胁。例如, 风携带着沙物质降低了大气的能见度, 影响交通运输, 破坏植物和电线, 磨损建筑物和机器, 吹蚀土壤表层有机质, 降低土壤营养元素等等。由于全球气候变暖和人类活动加剧, 越来越多的土地成为裸露地, 从而加剧了干旱和半干旱地区的沙漠化过程。 土地沙漠化与沙尘暴是影响我国北方地区的重大环境问题, 给当地和毗邻地区的居民生产生活带来严重影响。近年来, 我国在沙漠科学方面取得了一定进展, 但由于现有的风沙科学研究体系主要是在沙漠地区资源的改造利用、国民经济重大工程建设中的沙害防治以及沙漠化治理的实践中建立起来的, 所以服务于防沙治沙的特色非常明显。虽然在这个领域我国科学家一直占有重要地位, 但在风沙科学的基础理论研究方面还有较大差距, 而野外观测的不足, 是造成这种现状的主要原因。为此, 在腾格里沙漠东南缘建立了中国科学院风沙科学观测场 (以下简称观测场) , 旨在根据长期积累的风沙活动资料, 为研究沙漠地区的风沙活动特征提供依据。新的野外风沙科学观测场的建立将有助于我国科学家弥补这种不足。同时, 该观测场的设立, 将对发挥设立在内蒙古额济纳旗、鄂尔多斯和甘肃民勤等地的定点沙尘观测系统以及沙坡头沙漠试验研究站的综合实力起到重要作用。 1 观测室的介绍 1.1 基本观测场观测 腾格里沙漠位于阿拉善高原东南部 (37°54′～39°33′N、103°52′～105°36′E) , 沙漠面积3.67×104km2, 是我国第4大沙漠。该沙漠的显著特点是以流动沙丘为主, 兼有一定比例的固定、半固定沙丘;湖沼众多, 绝大数趋于干涸, 个别演化为盐湖。沙丘类型有:格状沙丘, 新月形沙丘和单个新月形沙丘。其中, 格状沙丘面积最大, 也是该地区沙丘的主要类型, 是由NE-SW走向的主梁和与其近似垂直的副梁SE-NW组成。沙丘高3～20 m, 丘间地不明显, 间距30～170 m。落沙坡发育不良, 且局限在背风坡上部丘顶附近, 高度1～6 m, 间距3～20 m。 观测场建立在腾格里沙漠东南缘, 中卫市的西北角 (37°32′N, 105°02′E) (图1) 。观测场内是经过平整的水平观测场, 分为风沙运动、沙尘暴、风沙地貌动力3个观测区和防沙工程、风沙危害2个实验区。观测场内有一个综合观测塔和几个独立的分项观测点。架设的仪器主要是观测风、沙、温度、湿度和气压等与风沙活动密切相关的要素。所用的仪器主要涉及气象观测系统、沙尘暴观测系统、风沙流观测系统和风沙颗粒运动观测系统等。 风沙运动观测场的规格为400 m×500 m, 观测场中心安装了一座综合观测塔 (以下简称铁塔) , 塔高50 m。塔上依次布置了9个风速传感器, 2个风向传感器, 6个温湿度传感器, 15个沙尘水平通量测量器, 15个沙尘垂直通量测量器。在距离铁塔10 m处布置了2个总辐射传感器, 1个雨量传感器和1个土壤热通量传感器, 其中总辐射传感器感光面向上的测量总辐射, 感光面向下的测量反射辐射;在距离铁塔100 m的地方布置了1个全方位定点集沙仪和1个多路方口集沙仪。风速传感器依次安装在铁塔的48, 32, 24, 16, 12, 8, 4, 2, 1 m;风向传感器安装在16 m和12 m;温湿度传感器安装在32, 16, 8, 4, 2, 1 m;沙尘水平通量测量器和沙尘垂直通量测量器安装在48, 44, 40, 36, 32, 28, 24, 20, 16, 12, 8, 4, 2, 1, 0.5 m;总辐射传感器安装在地面以上1.5 m处, 土壤热通量传感器布置在地表, 雨量传感器距离地面0.7 m。 1.2 观测方法和数据 铁塔上的风速数据 (除16 m高处的8个风速) 和风向数据 (12 m高) 用野外便携式风速廓线采集仪采集, 采集间隔1 min;温湿度数据、辐射、热流、风速和风向 (16 m) 用DT500数据采集系统采集, 采集间隔1 min;全方位定点集沙仪30天采集1次;多路方口集沙仪是研究风沙流结构较好的工具, 其集沙效率大于0.91。根据实际情况进行采集, 风速大时, 几分钟采集1次, 风速小或没有风时, 几天采集1次。所有这些数据都是连续采集, 从不间断。这样可