巴丹吉林沙漠地区风况与风能环境观测研究

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巴丹吉林沙漠是我国第二大流动沙漠,其周边地带土地荒漠化过程活跃,是我国北方地区沙尘暴的主要物质来源地之一,给周边地区的人民生活与经济发展带来了负面影响。由于交通不发达、环境条件恶劣,在沙漠腹地开展观测试验的难度较大,造成基础性科研资料短缺,在风况与风能环境方面存在认知空白。基于此,本研究选择利用2016年3月到2018年2月间沙漠腹地的7个野外科学观测实验站与周边的7个国家气象站取得的风速、风向数据,统计巴丹吉林沙漠地区的风况,通过比较这一区域内不同位置风况之间的差异,分析在不同的时空尺度上影响风况的因素。同时,本文还基于Fryberger和Dean给出的定义计算了这一地区的输沙势,对巴丹吉林沙漠地区的风沙活动动力条件进行分析研究。得出的主要研究结果如下:(1)巴丹吉林沙漠腹地的风况日变化规律性很强:早晨6时左右平均风速最小,15至16时风速达到最大值,之后开始减小,但也有些站点出现微弱的“双峰”现象,在0时又出现一微小的峰值。沙山顶部的平均风速高于丘间地,且沙山顶部风速达到最低值和最高值的时间比丘间地晚1—2小时。在14时大多数站点的盛行风向为东风或东北风。而在夜间沙山顶部风向为偏西风,丘间地风向分布的规律性不强。(2)风况年变化具有以下特征:一年中3月到8月平均风速较大,平均风速最大的月份是6月前后,但起沙风多发于春季。12月是所有站点平均风速的全年最低值。沙山顶部风速在8月到12月之间会发生波动。沙山顶部站点全年盛行风向均为偏西风。而在丘间地只有在冬春两季盛行风向为偏西风,夏季东南风所占比例很大,秋季出现频率较高的是北风和南风。(3)沙山顶部站点风速风向与外围一致性较好,没有明显地受到湖泊的影响,反映的是大尺度大气环流的状况。而湖盆附近的站点风况特异性强,下垫面产生的局地环流(山—谷风与湖—陆风)会叠加于大尺度环流之上,使风速、风向的时空变化规律不同。(4)巴丹吉林沙漠多数站点属于低风能环境,但沙山顶部输沙势(DP)更大。14时是DP较大的时间,春季的DP大于其它季节。在DP较大的时间段,合成输沙方向(RDD)多为东南向,沙山顶部的RDD规律性更强。除V5站外,风向变率基本都大于0.3,为中、低变率,风向分布为双峰型或单峰型。湖盆和水体通过局地热力性质的变化,强化了附近风能环境的特异性,对维持巴丹吉林沙山的高度具有一定作用。(5)巴丹吉林沙漠春季合成输沙势(RDP)指向东南方,沙丘走向(NNE)近似地与输沙方向垂直。这一时段起沙风的发生频率高,风速大,输沙势较大。这是该区沙物质向东南方输送,使巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠“握手”的重要原因。
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