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我国北方半干旱区主要分布在内蒙古高原东部和黄土高原区,其独特的自然条件和生态系统构成了我国北方重要的生态屏障。地处半干旱区的冀蒙交界地带是典型的农牧交错带,土地利用方式多变,在此地区进行植被条件与风沙活动的耦合关系研究能够为该地区植被恢复和环京津地区生态环境的改善提供重要的理论支持。 为研究植被条件与风沙活动关系的机理,自行建造了室内环境风洞。建造的室内环境风洞总长13.3m,由风机、连接段、整流段、稳定段、实验段、扩散段和除尘段组成,其中实验段2.3m,横截面为50cm的方形,风洞内风速由0～20m/s连续可调。对风洞的测试结果显示该环境风洞满足相似理论的要求,符合自然界大气边界层的一般理论,因此可以进行风洞实验。 在风洞中模拟了自然条件下的风沙活动,进行了不同植被条件(高度、行距、株距、覆盖率、侧影盖度)对于风速、风速廓线、下垫面空气动力学参数、沙粒起动风速、风蚀输沙率及其垂直分布的影响实验,并通过分析找出了两者之间的相关关系及其变化规律,在此基础上推导出植被影响条件下的输沙率模型。 通过对比无植被和有植被时近地表的风速分布得出,植被的存在改变了近地表气流分布,风速廓线随高度不再遵循对数规律,而是以植被高度为界分为两层:下层为粗糙亚层,上层为惯性亚层。在植被条件挡风效果的研究中,风速减小率随植被侧影盖度呈指数递增趋势,随植被模型的株距和行距呈指数递减趋势,且株距比行距对风速的影响更大。下垫面空气动力学粗糙度是衡量下垫面凸起程度的物理量,下垫面空气动力学粗糙度随植被侧影盖度的变化符合指数函数形式,拟合方程为:Z。二a,+b,exP(c,·川,错落排列的植被其下垫面空气动力学粗糙度高于重合排列的植被。本文在总结己有输沙率模型的基础上,引入植被覆盖率K、植被侧影盖度尸和植被排列系数A作为描述植被条件的参数,通过理论推导和实验分析得到了植被覆盖条件下的输沙率模型:叮=1一’。·{二卜1·棍一卜、3…,一l无4一〔一母)」}模型验证结果显示:该输沙率模型能够较好地反映植被对于风蚀输沙率的影响。此外,还进行了植被条件对于输沙率垂直分布影响的研究,并和野外风蚀输沙率数据进行了对比分析。关键词:风洞实验,植被条件,粗糙度,输沙率