青藏高原典型风沙区高寒气象及地表环境对风蚀过程的影响与机理

Wind erosion transport is an important land surface process, and very common in the alpine regions, however, the related research is mainly concentrated in low and middle altitude with the dry heat environment. The wind erosion transport process of alpine environment is much more complicated than the desert environment due to the unique atmosphere and surface limiting factors. Therefore, a deep investigation on the influence of alpine atmosphere and surface environment factors on wind erosion process is of great significance. In this project, The field cooperating observation in Qinghai-Tibet Plateau, wind tunnel simulation experiment and numerical simulation will been conducted to intensively discuss the dynamic changes characteristics of wind erosion parameters with the change of atmosphere and surface environment factors in different time scales (hour, day, season and year). The project will determine the weight of each environmental factor in controlling wind erosion process, and establish the multiple parameter model of the wind erosion process in alpine regions. As a result, We will reveal the quantitative relation between wind erosion process variables and the environment variables, and clarify the influence mechanism of alpine environment factors on wind erosion process, which can provide the data reference for estimate and contrast of wind erosion supply, threshold and transport process across climate regions, and theoretical basis for sand damage control and railway safe operation in alpine regions.

风蚀传输是一种重要的陆面过程，在高寒区非常普遍，然而相关研究却主要集中于中低海拔的干热环境。低气压、冻融等独特的气象及地表限制因素使高寒环境的风蚀传输比沙漠更加复杂，因此解析与探明高寒气象及地表环境对风蚀过程的影响与机理具有重要意义。本项目利用青藏高原典型风沙区气象、地表环境和风蚀参数的多因子野外协同观测、室内外风洞模拟和数值模拟等手段，在不同时间尺度上，界定风蚀参数与环境因子间的数量关系，分析风蚀参数随气象及地表环境因子的变化特征，确立各环境因子在控制风蚀过程方面的权重，提出控制区域高寒风蚀过程的关键环境参数，建立区域高寒风蚀过程的多元参数模型，验证和改进现有起动风速、输沙率等模型对高寒风蚀过程的模拟能力，初步阐明气压、冻融状态、地表湿度、孔隙冰等高寒环境要素对风蚀过程的影响机理，为评估和对比跨越气候区域的风蚀传输过程提供数据参考，同时为高寒区沙害防治和铁路安全运营提供科学依据。

风蚀传输是一种重要的陆面过程，在高寒区非常普遍，然而相关研究却主要集中于中低海拔的干热环境。低气压、冻融等独特的气象及地表限制因素使高寒环境的风蚀传输比沙漠更加复杂，因此解析与探明高寒气象及地表环境对风蚀过程的影响与机理具有重要意义。本项目利用青藏高原典型风沙区气象、地表环境、风蚀参数的多因子野外协同观测、室内外风洞模拟和数值模拟等手段，分析了风蚀参数随气象及地表环境因子的变化特征，界定了控制区域高寒风蚀过程的关键环境因子，初步阐明了气压、地表温度、盐分、湿度、粒径、地形等高寒环境要素对风蚀过程的影响特征及规律。.研究结果表明，（1）大气和地表要素中，大气温度、大气相对湿度、地表温度与风沙传输强度之间具有更加紧密的联系，是控制高寒风蚀过程的关键环境因子；（2）湿沙表面不同高度处，沙粒的水平和垂直速度均符合Gaussian 分布，湿度会导致颗粒速度发生阶梯式变化；（3）界定了各风蚀参数与空气密度之间的定量关系，建立了空气密度控制下的各风蚀参数模型，初步阐明了空气密度对高寒区风蚀过程的影响机理；（4）观测表明洪积扇对气流有俯冲加速作用, 自扇顶至扇缘中下部水平风速最大可增加2.40倍，沟谷地形的“狭管效应”使气流速度增加1.46倍；（5）我们发现不同粒径的砾石的起动风速，均呈对数分布，并延续了现有希尔兹曲线的基本趋势，在此基础上，验证了首次报道的2.3 - 4.7 mm颗粒在库姆塔格沙漠砾浪波峰位置的缺失现象，并建立了一种大砾浪发育的新模式；（6）另外，我们量化了沙面温度、盐分、风干效应对风蚀过程的影响强度。.此项研究弥补了高寒风蚀过程方面研究的不足，可为评估和对比跨越气候区域的风蚀过程提供数据参考，同时为高寒区沙害防治和铁路安全运营提供科学依据，具有重要的理论和实践意义。