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沙漠化是当今世界上最为严重的环境问题之一。历史时期以来,民勤县土地沙漠化过程持续发展,沙漠和沙漠化土地达该县总面积的94.2%,已被学术界认为是我国北方主要的沙尘暴通道和沙尘源区。因此,在该区域进行风沙活动规律研究,不仅对认识该区域沙漠化过程及风沙灾害防治具有重要意义,也对我国北方的沙漠化防治具有指导意义。
本研究采用野外调查、实地观测、实验室分析等技术手段,在研究了民勤县水资源、土利用变化与沙漠化发展,分析了近40a来沙漠化和沙区植被演化的同时,开展了近地面不同高度水平沙尘通量和不同下垫面风蚀物通量的连续观测,对沙尘时空分布特征进行了系统研究,并得出以下主要结论:
(1)民勤盆地在史前时期一半以上为水域,基本上不存在沙漠化现象。而从西汉至中华人民共和国建立以来的2000多年间,随着气候旱化及人类生产活动的加强,河流消失、湖泊干涸、地下水位下降、生态用水枯竭、生物多样性和植被盖度显著降低,绿洲也随水由西北向东南迁移,土地沙漠化持续发展。目前,民勤绿洲及边缘沙漠化程度不断加重,极重度和重度沙漠化土地面积快速增加,中、轻度沙漠化增速有所降低,沙漠化土地向沙漠发展程度加重。
(2)一日内随气温升高,沙尘暴发生次数逐渐增加,14:00~16:00时达到高峰,并随气温降低,次数减少;一年之中沙尘暴发生频率依次为春季、夏季、冬季和秋季,以4月为最高。多数沙尘暴持续时间在2小时以内,>2小时的沙尘暴次数明显减少。一年中扬沙天气发生日数以4月份最高,3、5月次之,8、9月最低,10月份开始逐月增加,而浮尘天气则以3月份最高,4、5、6逐月降低,7~10月发生少,11月份又开始增加,表明了扬沙和浮尘天气时间上的差异。
(3)经过对38年各月最大风速的月数统计,结合沙尘暴分级标准分析表明:基本上一半以上的月份将发生一到多次沙尘暴。其中,在发生沙尘暴的月份中80%为弱沙尘暴,20%左右的月份有中等和强沙尘暴天气发生,特大沙尘暴只发生了一次。估算的民勤县域内沙尘暴总降尘量为698.79×106kg·a-1,其又为进一步的沙尘释放提供了大量的尘源物质。
(4)通过对近地面50m高度内水平沙尘通量的不间断观测和分析,证明了月水平沙尘通量随高度变化遵循q(z)=a+bzc的幂函数方程,其特征常数a、b、c随月沙尘通量变化而变化,年水平沙尘通量也遵循幂函数衰减方程Q(z)=275.34z-0.91,r2=0.99.且PM63,PM20和PM10范围内粒度随高度增加迅速衰减,其衰减率也可以用幂函数修正方程很好的解释(PM63(z)=-4.49+83.89z-0.59,r2=0.98;PM20(x)=-1.31+36.93z-0.58,r2=0.97;PM10(z)=-0.71+28.15z-0.62,r2=0.97)。
(5)基于1年的沙尘水平通量观测数据,民勤地区年总沙尘水平通量为8700kg·m-1;按PM63,PM20,PM10粒径组分估算的年总沙尘通量分别为1730,780和580kg·m-1,各占年总水平沙尘通量的20%、996和7%。进一步证明了近年来民勤及周边地区是我国沙尘输移强烈的地区。
(6)对选择的4种典型沙丘区进行了近一年的风蚀物通量观测,结合近地面沙尘暴观测数据,经过对2个三参数幂函数方程,1个四参数指数函数方程和1个五参数指数函数方程等现有理论的评价和对比分析,依据自然规律的合理性等,得出了一个比较合理、通用的风蚀物通量随高度变化的廓线方程(g(z)=a(z/c+1),并证明它是一个简单、易行,易于实践的方程。