农田地表粉尘释放特征野外实验研究

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中国北方半干旱裸露农田是粉尘释放的重要源区。目前,关于野外地表粉尘释放特征的测量数据较少,同时对流体释放过程中粉尘浓度或释放量动态变化的关注远远不够。为此,本文基于沙尘释放机制和野外风蚀风洞结构,开发了一个新型野外便携式地表沙尘释放测量装置。主要开展了以下工作:首先通过皮托管和Irwin探头测量了测量仪内部风速和地表剪切力分布,从地表剪切力的角度,定量描述了近地表气流特征,同时建立其与电动机转数的标定关系;然后利用该测量仪开展五种农田地表粉尘释放特征的野外实验,给出粉尘临界剪切速度和释放量的直接测量数据,通过与前人风洞实验和野外观测结果对比,验证了测量数据的可靠性;最后分析人为扰动对地表粉尘释放特征的影响。结果表明:农田地表粉尘流体释放具有短暂的高浓度峰值相和长期的低浓度残留相动态过程:某一剪切风速下粉尘浓度急剧变大出现一个“峰值”,然后减小并趋于平缓。人为扰动对地表粉尘临界剪切速度和释放量具有重要影响:人为扰动改变土壤表层结构,破坏颗粒之间结合强度,产生更多的易释放自由粉尘,降低粉尘临界流体起动值,导致原本供应有限的地表有可能发生多次连续的再悬浮事件。人为扰动地表粉尘释放量是未扰动地表的十倍之多,五种农田地表粉尘释放能力为:S2新耙耕>S3耙耕后放置一个月>S5人为践踏>S1未翻耕>S4形成结皮。所测农田地表粉尘释放量随剪切速度的增大而增大,呈现一定的幂函数关系。该测量仪具有体积小、便于运输、易于操作且成本较低的优势,可应用在那些野外风洞难以到达的复杂地形。对比前人风洞实验和野外观测结果,该测量仪可以较好的为粉尘释放数据集提供直接的野外风蚀数据,对地表粉尘释放问题相关的研究领域具有重要意义。
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