半干旱草原区植被-风沙动力耦合机制研究

植被变化和风沙活动是半干旱地区两种主要的地表过程，已有的研究成果主要集中在植被生态和风沙地貌两个学科中，并分别将对方作为限制条件而开展研究，较少进行二者之间的耦合作用研究，难以综合掌握半干旱地区地表变化的动力学机制。本项目拟以处于半干旱区的奈曼旗为研究区，以多年多季节的遥感资料及地面和气象资料为基础，结合实际调查，采用GIS技术手段，以地表植被-风沙空间分布关系以及动态变化特征为基础进行归纳总结，确定植被-风沙空间主要耦合模式并探求植被-风沙耦合作用机制，进而建立植被-风沙动力学耦合模型，率定模型参数。在此基础上，以我国北方半干旱区典型自然条件为模型参数对植被-风沙动态变化和空间分布进行模拟，并与遥感数据进行对比验证。研究结果可为进一步阐明半干旱区地表景观的动力学机制提供参考。

植被变化和风沙活动是半干旱地区两种主要的地表过程，但已有的研究成果主要集中在植被生态和风沙地貌两个学科中，并分别将对方作为限制条件而开展研究，较少进行二者之间的耦合作用研究，难以综合掌握半干旱地区地表变化的动力学机制。本项目首先从植被生长和风沙活动之间的相互作用机制出发，建立了植被-风沙动力耦合模型，包括生物量和风蚀量动力学方程，生物量动力方程主要考虑了植被生产潜力在植被覆盖地表和非植被覆盖地表上的转化、生物量自身消耗以及风蚀量对生物量的影响；风蚀量动力学方程主要考虑风蚀潜力在流沙地表和非流沙地表上的转化以及生物量对风蚀量的影响。以我国北方半干旱区典型自然条件为模型输入参数对生物量和风蚀量的动态变化和空间分布进行了模拟。最后以科尔沁地区的奈曼旗为例对所建立的耦合模型进行了实际应用，模拟了近10余年来生物量和风蚀量分布变化，并与遥感数据进行了对比。其次，以半干旱地区植被变化和风沙活动明显的奈曼旗沙质草地为例，在景观生态学理论的指导下，采用遥感与地理信息系统等手段，结合野外调查，对奈曼旗沙质草地植被和裸沙空间分布进行深入研究，发现植被破碎化主要发生在两个NDVI区段内，同一NDVI值内，存在着斑块数量随着斑块面积的增加而呈幂函数减小，随斑块周长的增加而呈幂函数增加的规律，且斑块数量越多时该规律表现越明显。再次，利用沙粒跃移运动过程中的能量守恒关系，从理论上探讨沙粒冲击起动风速与沙粒流体起动之间的关系，得出了沙粒冲击起动风速的公式。最后，用斑图动力学的思想研究了大尺度下风沙本身的沉积和侵蚀机制，植被-风沙的动力耦合机制，并建立数学模型，通过数值模拟得到了比较理想的结果。