罗凤敏，高君亮，辛智鸣，边 凯，郝玉光，刘 芳



乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征

罗凤敏，高君亮，辛智鸣，边 凯，郝玉光※，刘 芳

（内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站/中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，磴口 015200）

输沙势（DP）是衡量区域风沙活动强度的重要指标，为探明乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度特征，评估区域风能状况，该论文基于“内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站”2013－2017年监测的风速、风向及输沙量数据，对乌兰布和沙漠东北缘的起沙风风况、输沙势及输沙率特征进行深入研究。研究结果如下：1）研究区年均起沙风风速为6.77 m/s，年均起沙风频率为19.74%，最大风速为20.76 m/s，三者均以春季最高，是主要的风沙活动期，秋季次之，夏季与秋季较为接近，冬季最小；2）研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致，均以偏东风（NNE，NE，ENE，E）和偏西风（SW，WSW，W，WNW）为主；3）研究区年输沙势（DP）和年合成输沙势（RDP）分别为183.38和73.41 VU，属于低风能环境，年方向变率指数（RDP/DP）为0.40，属于中比率，年合成输沙势方向（RDD）111.15°，为ESE方向，表明乌兰布和沙漠东北缘沙物质主要朝东南偏东方向输移；年输沙势和年合成输沙势的季节变化特征和月变化特征均为春季显著高于其他季节；（4）16方位实测输沙率为35.11 kg/m·d，WNW方向的输沙率最大，春季输沙率显著高于其他季节。

风；侵蚀；起沙风；输沙势；输沙量；输沙率；乌兰布和沙漠

0 引 言

风沙活动对土地沙漠化和沙尘天气趋势有重要的影响[1]，风是近地层风沙活动和风沙地貌形成的动力因子[1-3]。查明区域近地层风况特征，系统评估区域风能环境，不仅是研究区域风沙活动特征及风沙地貌形成与演化过程的关键环节，而且是制订区域风沙灾害防治体系的重要依据[2-5]。

风沙流研究中，常用输沙势（DP）衡量区域风沙活动强度及风沙地貌演变趋势的重要指标[6-8]，已被国内外众多学者广泛使用。国外关于输沙势的研究主要在尼罗河河谷和三角洲､科威特沙漠以及埃及El-Khanka等地区展开[9-11]；国内关于输沙势的研究主要在呼伦贝尔沙地[12]、科尔沁沙地[13]、毛乌素沙地[14]、柴达木盆地[15]、腾格里沙漠[16]、古尔班通古特沙漠[17]、库姆塔格沙漠[3,18]、塔克拉玛干沙漠[19]､巴丹吉林沙漠[2]以及中国北方等地区[8,20]展开，而关于乌兰布和沙漠输沙势方面的研究目前未见报道。

乌兰布和沙漠总面积约1.0×104km2，是中国干旱区沙漠化发展严重地区之一，同时又是中国沙尘发生源区，西沙东移的主通道和中转区[21-22]。乌兰布和沙漠的流沙以每年约8～10 m的速度东侵南扩，严重地影响了黄河在河套平原地区的正常通流，给当地防凌防汛任务形成了巨大压力；对包兰铁路、京藏高速、110国道以及黄河三盛公水利枢纽等国家重要基础设施也造成了严重威胁。研究结果显示，乌兰布和沙漠前沿流动沙丘直接进入黄河河道的长度己从1985年的36 km增加到目前的46 km左右，在西北风的作用下，每年向黄河侵泄的流沙，己从20世纪的6000多万吨增加到现在的近亿吨，使磴口段黄河干流河床高出地面2 m，部分河床已高出河床平原地区10 m左右，形成了名副其实的地上“悬河”[23-24]。面对如此严重的沙害现状，众多研究者在乌兰布和沙漠已开展了大量风沙方面的研究，如：风沙运移特征[25]、沿黄区域风沙活动[26]、风沙流结构[27]、近地层风速特征[28]、土壤风蚀特征[29]等，但由于野外监测条件等因素制约，目前这些研究大多都是针对短期、甚至是一次风沙活动的研究，缺少长期、连续监测数据对该区域风沙活动进行研究，特别是关于输沙势方面的研究目前未见报道。因此，基于长期定位的风沙数据来分析研究乌兰布和沙漠东北缘的风况及输沙势特征，可以为区域内开展防沙治沙工作提供数据支撑。

鉴于此，本研究基于“内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站”（简称磴口站）近5 a（2013－2017年）监测的风速、风向及输沙量数据，对乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙势特征进行了分析，深入探究研究区的风沙活动状况，评价了该地区风沙强度特征。该研究结果对乌兰布和沙漠东北缘地带制定科学的防沙治沙对策与方法，及维护区域生态安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究的定位监测站位于乌兰布和沙漠东北缘，行政区划隶属于内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县（图1）。该区域属温带大陆性季风气候，干旱少雨，降水分配不均，季节温差大；温湿同期，日照充足；风沙活动强烈，土壤以风沙土为主。磴口站多年气象资料统计结果显示：平均气温7.8 ℃，最高气温39 ℃，最低气温−29.6 ℃，年均降水量140.3 mm，年均蒸发量2 380.6 mm，年均风速3.7 m/s，瞬时风速最高可达24 m/s，年均大风日数12.5 d，风沙是主要自然灾害。天然植被以旱生和超旱生的荒漠植被为主，如：白刺（Bobr.）、油蒿（Krasch.）等；人工植被以杨树（）、梭梭（(C.A.Mey.) Bge.）等沙旱生灌木为主[28]。

图1 乌兰布和沙漠东北缘风沙观测场位置

1.2 数据来源及分析

1.2.1 数据来源

本文所用2013－2017年的风速、风向原始数据均取自于磴口站（40°19′36.12"N，106°47′32.28"E，海拔1 045 m）风沙监测塔上安装的Windsonic二维超声风速风向传感器，启动风速0.01 m/s，精度12 m/s时，量程（0～60 m/s，0～359°），分辨率（0.01 m/s，1°）。数据采集频率为10 min，观测高度为12 m。由于观测仪器故障，因此出现个别月份的观测数据不够完整，因此起沙风频数的计算采用起沙风出现时数与风速风向总统计时数的百分比表示。

1.2.2 数据计算分析方法

1）输沙势计算

将2013－2017年的原始风速、风向数据以10 min为统计单位，参考相关研究[30]，计算每月风速≥5 m/s的起沙风的平均风速、最大风速及起沙风频率。统计计算N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SW、SSW、WSW、W、WNW、NW和NNW 16个方位起沙风频率，为了更好地表述风速风向分布特征，每个方位的起沙风均按照5 m/s≤＜7 m/s，7 m/s≤＜9 m/s，9 m/s≤＜11 m/s，≥11 m/s 4个风速段进行分段统计，根据以上统计分析数据绘制起沙风玫瑰图。输沙势计算公式[31-32]如下

式中DP为输沙势，以矢量单位VU表示；和V分别为起沙风风速和临界起沙风风速，单位为节（1节≈0.5 m/s）；为起沙风时间，用观测时段内所观测的起沙风时间数与总观测时间数的百分比表示。

根据统计的16个方位的起沙风频率，计算每个方位的输沙势，然后根据矢量合成法则合成16个方位的输沙势，得到合成输沙势（RDP）和合成输沙势方向，合成输沙势与输沙势的比值为方向变率指数（RDP/DP）。依据合成输沙势将区域风能环境可划分为高､中､低3个级别，对应的合成输沙势范围分别为>400、200～400和<200 VU，方向变率指数划分为大（≥0.8）、中（0.3～0.8）、小（≤0.3）3个级别[33]。本文采用中国气象学上四季划分方法[34]，即3－5月为春季，6－8月为夏季，9－11月为秋季，12月－翌年2月为冬季。

2）输沙率计算

为了解决传统的单方向积沙仪不能全方位连续观测的问题，本文采用全方位定点积沙仪观测输沙量，研究区内放置一台多向积沙仪，该积沙仪地上部分为为圆柱状集沙筒（直径10 cm，高50 cm），每隔22.5°有一个积沙盒（共16个积沙盒），积沙仪集沙口面积为2 cm×2 cm，通过导管与地下部分的收集器相接。积沙仪在2013－2017年期间连续观测风沙运动规律，每个完整年度内获取12次输沙量数据，本文试验阶段共获取60次输沙量数据。采集的沙物质样品采用电子天平称质量（精度为0.01 g），从而获得输沙量数据。输沙率（单宽输沙率）计算公式如下

式中为输沙率，kg/m·d；为集沙量，kg；为积沙仪进沙口宽度，m；∆为时间，d。

采用Exce1 2016软件整理分析风速、风向及输沙量数据，利用Origin 8软件绘制风向玫瑰图、输沙势玫瑰图及输沙率图。

2 结果与分析

2.1 乌兰布和沙漠东北缘风况特征

2.1.1 起沙风年内分布及风速变化特征

2013－2017年期间，研究区各月起沙风频率及风速变化特征存在差异（图2）。平均风速是衡量区域风沙活动强度的指标之一，可用年平均和月平均风速等表示不同时间尺度的风速变化。研究区年均起沙风风速为6.77 m/s，起沙风的月均风速变化较小，在6.27～7.30 m/s之间波动，最大值出现在5月份（7.30 m/s），最小值出现在1月份（6.27 m/s）；春季平均风速最高（7.10 m/s），秋季次之（6.81 m/s）；夏季与秋季平均风速较为接近（6.64 m/s），冬季最小（6.53 m/s）。年均起沙风频率为19.74%，1－5月起沙风频率呈现增加趋势，5－9月呈现减小趋势，9－11月又呈现增加趋势，5月最高（28.40%），11月次之（27.90%），9月最小（12.46%）；就季节而言，春季最高（24.63%），秋季次之（18.65%），夏季（18.06%）与秋季较为接近，冬季最小（17.61%）。起沙风最大风速与起沙风频率变化趋势一致，1－5月呈现增加趋势，5－9月呈现减小趋势，9－11月又呈现增加趋势，最大值出现在5月（20.76 m/s），4月次之（19.38 m/s），1月最小（11.86 m/s）；就季节而言，春季最高（18.43 m/s），夏季次之（16.06 m/s），秋季与夏季较为接近（15.84 m/s），冬季最小（13.60 m/s）。在春季，气压活动中心位置不稳定，天气系统频繁过境，因此导致大风天气较其他季节增多。

图2 起沙风月际变化（2013－2017）

2.1.2 年起沙风风向玫瑰图

风速决定近地层风沙运动，但风向决定风沙运动的方向，对风沙运动而言具有同样至关重要的作用。通过对乌兰布和沙漠东北缘风向资料的统计分析可知（图3），2013－2017年期间，研究区主要以偏东风（NNE，NE，ENE，E）和偏西风（SW，WSW，W，WNW）为主，这2组风向占全年风向的79.50%，其中偏东风占28.90%，偏西风占50.60%。偏东风中以NE为主，而偏西风中的四个风向分布较为均匀，所占比例相近。

图3 乌兰布和沙漠东北缘全年起沙风玫瑰图（2013－2017）

2.1.3 季节起沙风风向玫瑰图

2013－2017年期间，研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致，均以偏东风（NNE，NE，ENE，E）和偏西风（SW，WSW，W，WNW）为主（图4），这2组风向累计占春、夏、秋、冬起沙风频率的75.51%，70.56%，84.63%，86.37%，其中偏东风占春、夏、秋、冬起沙风频率的31.24%，43.12%，22.90%，20.55%，偏西风占春、夏、秋、冬起沙风频率的44.27%，27.44%，61.72%，65.83%。

图4 乌兰布和沙漠东北缘各季节起沙风玫瑰图（2013－2017）

起沙风风向在春、夏季具有较高的相似性，均表现为风向多变，而秋、冬季相对而言则起沙风风向相对集中，季节差异性主要表现在起沙风频率与主风向组成结构两个方面，由此导致了研究区起沙风的季节性变化特征。春季起沙风占全年起沙风频率的29.49%，偏西风占主导地位，其中NE方向所占比例最高（17.74%），其次为WNW方向（14.03%）；夏季起沙风占全年起沙风频率的20.22%，偏东风占主导地位，其中NE方向所占比例最高（24.49%），其次为WNW方向（9.52%）；秋季起沙风占全年起沙风频率的26.88%，偏西风占主导地位，其中W方向所占比例最高（16.76%），其次为SW方向（16.23%）；冬季起沙风占全年起沙风频率的23.40%，偏西风占主导地位，其中SW方向所占比例最高（20.80%），其次为WSW方向（18.26%）。

2.2 乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度

2.2.1 乌兰布和沙漠东北缘年输沙势

输沙势对区域内风沙活动强度以及风沙地貌形成的研究起着至关重要的作用，而输沙势则是通过分析年输沙势､月输沙势､合成输沙势､合成输沙势方向以及风向变率等具体指标进而对研究区域内风沙活动强度进行评价[35]。合成输沙势是输沙势玫瑰图中各个方向输沙势的矢量合成，反映一个地区的风沙活动强度，合成输沙势方向表示输沙的净走向，反映区域的沙物质搬运方向[1]。

2013－2017年期间，研究区年输沙势和合成输沙势分别为183.38VU和73.41VU，根据区域风能分类标准[33]，研究区全年整体上处于低风能环境（图5），其中以W方向的输沙势最大（36.87 VU），WNW方向与W方向输沙势相近，其值为（36.79 VU），其次为NE方向（27.88 VU）；年方向变率指数（RDP/DP）为0.40，属于中比率，风况属于钝双峰或锐双峰；年合成输沙势方向（RDD）为111.15°，为ESE方向，表明全年沙物质整体朝东南偏东方向输移。

注：DP为输沙势，RDP为合成输沙势，RDP/DP为方向变率指数。下同。

2.2.2 乌兰布和沙漠东北缘季节输沙势

2013－2017年期间，研究区输沙势呈现出季节变化特征，年输沙势和年合成输沙势季节变化特征与起沙风频率和平均风速的季节变化趋势一致，春季输沙势和合成输沙势显著高于其他季节（图6）。春季DP、RDP最大，分别为66.25、32.85 VU，RDD值为116.35°，为ESE方向，方向变率指数为0.50，属于中比率；其次为秋季，DP、RDP分别为50.78、25.91 VU，RDD值为98.26°，为ESE方向，方向变率指数为0.51，属于中比率；再次为冬季，DP、RDP分别为34.14、12.09 VU，RDD值为99.21°，为E方向，方向变率指数为0.35，属于中比率；夏季DP、RDP最小，分别为32.22、6.42 VU，RDD值为166.87°，为SSE方向，方向变率指数为0.20，属于低比率。结合图2分析，研究区春季起沙风频率较高，加之降水少、地表冻土开始融化、地表裸露，在多种因素共同作用为地表风沙运移提供了有利的动力条件以及丰富的沙源，因此春季为研究区最主要的风沙活动期。

图6 乌兰布和沙漠东北缘季节输沙势（2013－2017）

2.2.3 乌兰布和沙漠东北缘月输沙势

由图7可知，2013－2017年期间，研究区DP和RDP月变化特征与起沙风频率和平均风速的月变化趋势一致。5月DP、RDP最大，分别为27.75、13.66 VU，RDD值为109.97°，为ESE方向，方向变率指数为0.49，属于中比率；其次为11月，DP、RDP分别为24.96、13.57 VU，RDD值为83.83°，为E方向，方向变率指数为0.54，属于中比率；4月与11月较为接近，DP、RDP分别为23.79、13.27 VU，RDD值为120.40°，为ESE方向，方向变率指数为0.56，属于中比率；1月DP、RDP最小，分别为6.99、4.04 VU，RDD值为78.86°，为E方向，方向变率指数为0.58，属于中比率。从整体变化趋势上分析，RDD的年内变化趋势较稳定，主要为偏东方向（ESE、E、ENE），其中ESE方向所占比例较大。

2.2.4 实测输沙量

由图8可知，2013－2017年期间，研究区16方位输沙率为35.11 kg/m·d，以偏北方向（NW，NNW，N，NNE）和偏西方向（SW，WSW，W，WNW）为主，这2组方向分别占总输沙率的32.87%和30.65%。其中偏西方向以WNW方向的输沙率最大（3.21 kg/m·d），偏北方向以NW方向的输沙率最大（3.08 kg/m·d）。在研究阶段，输沙率的计算结果与输沙势一致，但是与合成输沙势方向不一致，这与谢胜波等人在青藏高原红梁河地区的研究结果一致[36]。主要是因为实测输沙率不仅受风速和风向的影响，当地的环境条件与沙源状况也与之密切相关。

图7 乌兰布和沙漠东北缘月输沙势（2013－2017）

图8 乌兰布和沙漠东北缘年输沙率和季节输沙率（2013－2017）

2013－2017年期间，研究区四季输沙率与年输沙率一致（图8），均以偏北方向（NW，NNW，N，NNE）和偏西方向（SW，WSW，W，WNW）为主，这2组方向累计占春、夏、秋、冬总输沙率的60.12%，76.87%，65.08%，62.27%，其中偏北方向占春、夏、秋、冬总输沙率的31.59%，30.88%，29.32%，29.68%，偏西方向占春、夏、秋、冬总输沙率的28.54%，45.98%，35.75%，32.59%。

输沙率呈现出明显的季节变化特征，春季输沙率显著高于其他季节。春季输沙率最大，为16.50 kg/m·d，占总输沙率的47.15%，其中NW和NNW方向的输沙率最大，分别为1.47和1.46 kg/m·d；其次为冬季（8.03 kg/m·d），其中SW方向的输沙率最大（0.70 kg/m·d）；夏季最小（4.34 kg/m·d），其中WNW方向输沙率最大（0.62 kg/m·d）。

3 讨 论

风场和沙源供给对于沙丘形态的形成起着至关重要的作用。乌兰布和沙漠东北部沙丘形态主要是半固定沙丘与梁窝状沙丘或沙垄相间分布，北部及边缘地带有新月形沙丘及沙丘链零星分布，流沙集中分布区有复合型纵向沙垄镶嵌其中，沙垄走向为西北方向[37]，沙垄走向与本研究的输沙势方向一致。由于受到大气环流、下垫面类型和地形地貌等因素的影响，导致不同区域之间的风况存在显著差异，而风况又是区域风沙地貌特征形成的动力因子[38]，是开展风沙活动强度及规律研究的基础，而且是制定沙害防治措施的理论依据。2013－2017年期间，乌兰布和沙漠东北缘春季起沙风的发生频率最高，风速最大，春季起沙风主要有偏东风（NNE，NE，ENE，E）和偏西风（SW，WSW，W，WNW）2组优势风向，其中偏西风发生频次高，风力强劲，是造成该区沙物质向东南方向移动的主导风。而这个方向也正是流沙入侵黄河、铁路、和公路的方向。因此，建议今后该区域内建设防风固沙体系时应考虑沙障、沿黄防护林等工程措施的走向应该与输沙净走向垂直。

输沙势是衡量区域风沙活动强度以及风沙地貌演变的重要因子｡风沙活动特征与区域下垫面特征相互影响，互为因果[35]，因此不同区域之间的风沙活动特征存在显著差异。乌兰布和沙漠东北缘DP和RDP分别为183.38和73.41 VU，属于低风能环境，RDP/DP为0.40，属中比率，风况属于钝双峰或锐双峰。与中国北方其他沙区相比，乌兰布和沙漠风能环境与科尔沁沙地（DP=180.32 VU）[13]较为接近；高于古尔班通古特沙漠（DP=48.25 VU）[17]、毛乌素沙地（DP=66.75 VU）[14]；低于呼伦贝尔沙地（DP=279.10 VU）[12]、库姆塔格沙漠（DP=150.01-285.67 VU）[18,39]、柴达木盆地（DP= 284.40 VU）[15]、腾格里沙漠（DP=33.42−358.70 VU）[16]、塔克拉玛干沙漠（DP=5.40−399.00 VU）[19,40]、巴丹吉林沙漠（DP=34−733.40 VU）[2]。从起沙风频率、平均风速和输沙势来分析，乌兰布和沙漠年均降水量140.30 mm，年均蒸发量2 380.6 mm，春季风力强劲[41]，天然植被以旱生和超旱生的荒漠植被为主，风动力与降水不同期以及较低的植被盖度，均会加剧乌兰布和沙漠风沙灾害发生的频率和强度。

评价中国北方不同沙区的风沙活动特征，并分析其与风沙地貌发育的关系，能够进一步认识各沙区的风沙活动规律以及风沙地貌区域特征，以期为今后风沙活动强度的评价提供理论依据，并为不同沙区风沙危害的治理措施的提出提供参考，丰富风沙地貌研究的内容。评价区域地表风沙活动强度，不仅要对风速、风向数据进行分析，还需要在野外实地观测风沙流，同时分析区域地形、植被（盖度季相变化、类型及其排列方式）、土壤（粒径、含水量）等因素对风沙活动强度的影响，但是已有的研究表明，沙漠地区关于地表风沙活动特征的研究多集中于风况、输沙势、输沙方向及输沙量的研究，相关影响因素的研究相对较少，因此，在现有基础上，应进一步对其影响因素进行深入的探索研究，以期为区域风沙危害的防治与生态系统的恢复和保护提供理论依据。

4 结 论

1）乌兰布和沙漠东北缘年均（2013－2017年）起沙风风速为6.77 m/s，年均起沙风频率为19.74%，最大风速20.76 m/s，三者均表现出明显的季节变化趋势，且趋势一致，春季最高，秋季次之，夏季与秋季较为接近，冬季最小；四季起沙风风向与全年起沙风风向一致，均以偏东风（NNE，NE，ENE，E）和偏西风（SW，WSW，W，WNW）为主。

2），乌兰布和沙漠东北缘全年（2013－2017年）的，输沙势DP和合成输沙势RDP分别为183.38 VU和73.41 VU，属于低风能环境，方向变率指数RDP/DP为0.40，属于中比率，RDD为111.15°，为ESE方向，表明区域沙物质全年朝东南偏东方向输移；DP和RDP季节变化特征和月变化特征均与起沙风频率和平均风速的季节变化特征及月变化特征一致，均为春季DP和RDP显著高于其他季节，5月最大。

3）乌兰布和沙漠东北缘16方位输沙率为35.11 kg/m·d，以WNW方向的输沙率最大（3.21 kg/m·d）；输沙率呈现出明显的季节变化特征，春季输沙率显著高于其他季节。

[1] Tan Saichun, Shi Guangyu, Wang Hong. Long-range transport of spring dust storms in Inner Mongolia and impact on the China seas[J]. Atmospheric Environment, 2012, 46(1): 299－308.

[2] Zhang Zhengcai, Dong Zhibao, Li Chunxiao. Wind regime and sand transport in China’s Badain Jaran Desert[J]. Aeolian Research, 2015, 17: 1－13.

[3] 张正偲，董治宝，赵爱国，等. 库姆塔格沙漠风沙活动特征[J]. 干旱区地理，2010，33(6)：939－946.

Zhang Zhengcai, Dong Zhibao, Zhao Aiguo, et al. Characteristics of blown sand activity in the Kumtagh Desert[J]. Arid Land Geography, 2010, 33(6): 939－946. (in Chinese with English abstract)

[4] Zhang Weimin, Qu Jianjun, Tan Lihai, et al. Environmental dynamics of a star dune[J]. Geomorphology, 2016, 273: 28－38.

[5] 梁晓磊，牛清河，安志山，等. 甘肃瓜州锁阳城南雅丹地貌区起沙风况与输沙势特征[J]. 中国沙漠，2019，39(3)：1－8.

Liang Xiaolei, Niu Qinghe, An Zhishan, et al. Sand-driving wind regime and sand drift potential in the yardang landform areas of southern Suoyang Town, Guazhou, Gansu, China[J]. Jounal of Desert Reseach, 2019, 39(3): 1－8. (in Chinese with English abstract)

[6] 赵哈林. 沙漠化防治学[M]. 北京：现代教育出版社，2016.

[7] 李晋昌，苏志珠，胡光印. 风沙活动强度的常用判断指标及其应用评述[J]. 中国沙漠，2010，30(4)：788－795.

Li Jinchang, Su Zhizhu, Hu Guangyin. Common judgment indices of intensity of blown-sand activity and their applications: An review[J]. Jounal of Desert Reseach, 2010, 30(4): 788－795. (in Chinese with English abstract)

[8] 李晋昌，韩柳彦，赵艳芳，等. 晋北沙漠化地区起沙风风况与输沙势[J]. 中国沙漠，2016，36(4)：911－917.

Li Jinchang, Han Liuyan, Zhao Yanfang, et al. Sand-driving wind regime and drift potential in the sandy desertification area of northern Shanxi, China[J]. Jounal of Desert Reseach, 2016, 36(4): 911－917. (in Chinese with English abstract)

[9] Hereher M E. Assessment of sand drift potential along the Nile Valley and Delta using climatic and satellite data[J]. Applied Geography, 2014, 55: 39－47.

[10] Al-Awadhi J M, Al-Helal A, Al-Enezi A. Sand drift potential in the desert of Kuwait[J].Journal of Arid Environments, 2005, 63(2): 425－438.

[11] Moursy F I, Gaber E I, Samak M. Sand drift potential in El-Khanka area, Egypt[J]. Water Air & Soil Pollution, 2002, 136(1/2/3/4): 225－242.

[12] 王帅，哈斯. 呼伦贝尔沙质草原区域风况与风蚀坑形态特征[J]. 水土保持研究，2008，15(3)：74－76.

Wang Shuai, Hasi Erdun. Wind regime and blowouts geomorphology in Hulun Buir Sandy Grassland[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2008, 15(3): 74－76. (in Chinese with English abstract)

[13] 张华，李锋瑞，李玉霖，等. 科尔沁沙地奈曼旗近5年来风况及合成输沙势[J]. 中国沙漠，2004，24(5)：623－627.

Zhang Hua, Li Fengrui, Li Yulin, et al. Wind regime and resultant sand -transporting potential of Naiman Banner in Horqin Sandy Land during past five years[J]. Journal of Desert Research, 2004, 24(5): 623－627. (in Chinese with English abstract)

[14] 庞营军，吴波，贾晓红，等. 毛乌素沙地风况及输沙势特征[J]. 中国沙漠，2019，39(1)：62－67.

Pang Yingjun, Wu Bo, Jia Xiaohong, et al. Characteristics of wind regime and drift potential in Mu Us Sandy Land[J]. Journal of Desert Research, 2019, 39(1): 62－67. (in Chinese with English abstract)

[15] 鲍锋，董治宝，张正偲. 柴达木盆地风沙地貌区风况特征[J]. 中国沙漠，2015，35(3)：549－554.

Bao Feng, Dong Zhibao, Zhang Zhengcai. Wind regime in the Qaidam Basin Desert[J]. Journal of Desert Research, 2015, 35(3): 549－554. (in Chinese with English abstract)

[16] Zhang Zhengcai, Dong Zhibao, Wen Qing, et al．Wind regimes and Aeolian geomorphology in the western and southwestern Tengger Desert, NW China[J]. Geological Journal, 2016, 50(6): 707－719.

[17] 郭洪旭，王雪芹，蒋进，等. 古尔班通古特沙漠腹地输沙风能及地貌学意义[J]. 干旱区研究，2011，28(4)：580－585.

Guo Hongxu, Wang Xueqin, Jiang Jin, et al. Wind regime and its geomorphologic significance in the hinterland of Gurbantonggut Desert[J]. Arid Zone Research, 2011, 28(4): 580－585. (in Chinese with English abstract)

[18] Dong Zhibao, Lv Ping, Lu Junfeng, et al. Geomorphology and origin of Yardangs in the Kumtagh Desert, Northwest China[J]. Geomorphology, 2012, 139(2): 145－154.

[19] Zu Ruiping, Xue Xian, Qiang Mingrui, et al. Characteristics of near-surface wind regimes in the Taklimakan Desert, China[J]. Geomorphology, 2008, 96(1): 39－47.

[20] Wang Xunming, Zhou Zijiang, Dong Zhibao. Control of dust emissions by geomorphic conditions, wind environments and land use in northern China: An examination based on dust storm frequency from 1960 to 2003[J]. Geomorphology, 2006, 81(3/4): 292－308.

[21] 国家林业局. 中国沙漠化和沙化土地图集[M]. 北京：科学出版社，2009：9－15.

[22] 高永，丁延龙，汪季，等. 不同植物灌丛沙丘表面沉积物粒度变化及其固沙能力[J]. 农业工程学报，2017，33(22)：135－142.

Gao Yong, Ding Yanlong, Wang Ji, et al. Sediments particle size changes and its sand fixation ability for different shrub dunes[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(22): 135－142. (in Chinese with English abstract)

[23] 何京丽，郭建英，邢恩德，等. 黄河乌兰布和沙漠段沿岸风沙流结构与沙丘移动规律[J]. 农业工程学报，2012，28(17)：71－77.

He Jingli, Guo Jianying, Xing Ende, et al. Structure of wind-sand flow and law of dune movement along bank of Yellow River in Ulan Buh desert[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(17): 71－77. (in Chinese with English abstract)

[24] 杨根生，拓万全，戴丰年，等. 风沙对黄河内蒙古河段河道泥沙淤积的影响[J]. 中国沙漠，2003，23(2)：152－159.

Yang Gensheng , Tuo Wanquan, Dai Fengnian, et al. Contribution of sand sources to the silting of riverbed in Inner Mongolia Section of Huanghe River[J]. Journal of Desert Research, 2003, 23(2): 152－159. (in Chinese with English abstract)

[25] 刘芳，郝玉光，徐军，等. 乌兰布和沙区风沙运移特征分析[J]. 干旱区地理，2014，37(6)：1163－1169.

Liu Fang, Hao Yuguang, Xu Jun, et al. Sand flow characteristics in Ulan Buh Desert[J]. Arid Land Geography, 2014, 37(6): 1163－1169. (in Chinese with English abstract)

[26] 杜鹤强，薛娴，孙家欢. 乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征及风沙活动观测[J]. 农业工程学报，2012，28(22)：156－165.

Du Heqiang, Xue Xian, Sun Jiahuan. Underlying surface characteristics and observation of blown-sand movement in Ulanbuh Desert along Bank of Yellow River[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(22): 156－165. (in Chinese with English abstract)

[27] 刘芳，郝玉光，辛智鸣，等. 乌兰布和沙漠东北缘地表风沙流结构特征[J]. 中国沙漠，2014，34(5)：1200－1207.

Liu Fang, HaoYuguang, Xin Zhiming, et al. The surface aeolian-sand flow structure in the northeastern margin of the Ulanbuh Desert[J]. Journal of Desert Research, 2014, 34(5): 1200－1207. (in Chinese with English abstract)

[28] 罗凤敏，辛智鸣，高君亮，等. 乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征[J]. 农业工程学报，2016，32(24)：147－154.

Luo Fengmin, Xin Zhiming, Gao Junliang, et al. Characteristics of near-surface wind speed and sand-dust flux at northeast edge of Ulan Buh Desert[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(24): 147－154. (in Chinese with English abstract)

[29] 刘芳，郝玉光，辛智鸣，等. 乌兰布和沙区不同下垫面的土壤风蚀特征[J]. 林业科学，2017，53(3)：128－137.

Liu Fang, Hao Yuguang, Xin Zhiming, et al. Characteristics of soil wind erosion under different underlying surface conditions in Ulanbuh Desert[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2017, 53(3): 128－137. (in Chinese with English abstract)

[30] 吴正. 风沙地貌学[M]. 北京：科学出版社，1987：38－39.

[31] Lettau K, Lettau H H. Experimental and micrometeorological field studies of dune migration[C]//Lettau K, Lettau H. Exploring the World’s Driest Climate. Madison, USA: University of Wisconsin-Madison, 1977: 110－147.

[32] Bagnold R A. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes[M]. New York, USA: Dover Publications, 2005: 57－76.

[33] Fryberger S G, Dean G. Dune Forms and Wind Regime[M]// McKee, E D. A Study of Global Sand Seas. Washington, USA: U.S. Geological Survey, 1979: 137－169.

[34] 朱瑞兆，谭冠日，王石立. 应用气候学概论[M]. 北京：气象出版社，2005：2－3.

[35] 张正偲，董治宝，赵爱国，等. 输沙量与输沙势的关系[J].中国沙漠，2011，31(4)：824－827.

Zhang Zhengcai, Dong Zhibao, Zhao Aiguo, et al. Relationship between sand transport and sand drift potential[J]. Journal of Desert Research, 2011, 31(4): 824－827. (in Chinese with English abstract)

[36] 谢胜波，喻文波，屈建军，等. 青藏高原红梁河风沙动力环境特征[J]. 中国沙漠，2018，38(2)：219－224.

Xie Shengbo, Yu Wenbo, Qu Jianjun, et al. Dynamic environment of blown sand Honglianghe River of Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Desert Research, 2018, 38(2): 219－224. (in Chinese with English abstract)

[37] 国家林业局. 中国沙漠图集[M]. 北京：科学出版社，2018：102－105.

[38] 俎瑞平，张克存，屈建军. 塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征[J].地理研究，2005，24(5)：699－707.

Zu Ruiping, Zhang Kecun, Qu Jianjun. The intensity of sand-drift activities in Taklimakan Desert[J]. Geographical Research, 2005, 24(5): 699－707. (in Chinese with English abstract)

[39] 王永胜，杨文斌，李永华，等. 库姆塔格沙漠东缘荒漠绿洲过渡带风况及输沙势[J]. 干旱区资源与环境，2015，29(1)：140－144.

Wang Yongsheng, Yang Wenbin, Li Yonghua, et al. Wind regime and resultant sand-transporting potential in the desert-oasis ecotone in the eastern marginal zone of the Kumtag Desert[J]. Journal of arid land resources and environment, 2015, 29(1): 140－144. (in Chinese with English abstract)

[40] 杨兴华，李红军，何清，等. 塔克拉玛干沙漠荒漠过渡带春季风沙活动特征：以肖塘为例[J]. 中国沙漠，2012，32(4)：915－920.

Yang Xinghua, Li Hongjun, He Qing, et al. Blown sand activities in spring in the desert transitional zone of the Taklimakan Desert-A case in Xiaotang Area[J]. Journal of Desert Research, 2012, 32(4): 915－920. (in Chinese with English abstract)

[41] 高君亮，郝玉光，丁国栋，等. 乌兰布和荒漠生态系统防风固沙功能价值初步评估[J]. 干旱区资源与环境，2013，27(12)：41－46.

Gao Junliang, Hao Yuguang, Ding Guodong, et al. Primary assessment on the wind-breaking and sand-fixing function of thevegetation and its value in Ulan Buh desert ecosystem[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2013, 27(12): 41－46. (in Chinese with English abstract)

Characteristics of sand-driving wind regime and sediment transport in northeast edge of Ulan Buh Desert

Luo Fengmin, Gao Junliang, Xin Zhiming, Bian Kai, Hao Yuguang※, Liu Fang

(/,,,015200)

The current researches of near surface sand movement pay more attention to the short period and single direction of the blowing sand structure characteristics, but the results were difficult to combine with the long-term geomorphological processes. The sand drift potential (DP) and sediment transport are two important index to reflect windblown sand activity intensity. In order to prove the characteristic of sand-drift activities of the blown-sand movement in the northeast edge of Ulan Buh Desert, we studied the variations of sand-driving wind regime, drift potential and sediment transport rate in the northeast edge of Ulan Buh Desert, and the dates of the annual wind speed, direction and sediment transport data were collected from the “Inner Mongolia Dengkou Desert Ecosystem National Observation Research Station” during 2013-2017. We analyzed the dates by the methods of field observation, laboratory analysis and calculation. The results showed that: 1) the mean speed, frequency and maximum speed of sand-driving wind in the northeast edge of Ulan Buh Desert were 6.77 m/s, 19.74% and 20.76 m/s, respectively. These indexes were all largest in spring, the value were respectively 7.10 m/s, 24.63% and 18.43 m/s, which was main sandstorm activity period, followed by autumn, and were all smallest in winter, the value were6.53 m/s, 17.61% and 13.60 m/s, respectively. 2) The sand-driving wind direction of four seasons and the whole year were consistent with each other in the northeast edge of Ulan Buh Desert, and the main directions these were the easterly winds (NNE, NE, ENE, E) and the westerly winds (SW, WSW, W, WNW. 3) The yearly sand drift potential and the resultant drift potential(RDP) were respectively 183.38 VU and 73.41 VU, which belongs to an intermediate wind energy environment, and the yearly index of directional wind variability (RDP/DP) was 0.40, which belongs to a intermediate ratio. The yearly resultant drift direction (RDD) was 111.15°, which indicated the southeast by east direction. The sand material of the northeast edge of Ulan Buh Desert move to southeast by east direction. The seasonal variation characteristics and monthly variation characteristics in spring of the sand drift potential and the resultant drift potential, the sand drift potential and the resultant drift potential were largest in May, followed by November, and the smallest in January. 4) The sand transport quantity of the sixteen directions of northeast edge of Ulan Buh Desert was 35.11 kg/m·d, the sediment transport quantity of the WNW direction reached the maximum and the value was 3.21 kg/m·d, and the sediment transport rate showed obvious seasonal variation characteristics, while the sand transport quantity of spring was significantly higher than other seasons. The research results provide a basis for the ecological environment assessment of the northeast edge of Ulan Buh Desert, and provide a theoretical basis for regional desertification prevention and control measures.

wind; erosion; sand-driving wind; drift potential; sediment transport; sediment transport rate; Ulan Buh Desert

罗凤敏，高君亮，辛智鸣，边 凯，郝玉光，刘 芳. 乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征[J]. 农业工程学报，2019，35(4)：145－152. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018 http://www.tcsae.org

Luo Fengmin, Gao Junliang, Xin Zhiming, Bian Kai, Hao Yuguang, Liu Fang. Characteristics of sand-driving wind regime and sediment transport in northeast edge of Ulan Buh Desert[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 145－152. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018 http://www.tcsae.org

2018-08-16

2019-02-18

中央级公益性科研院所基本科研业务费（CAFYBB2017MB026）；中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室开放基金课题（KLDD-2018-004）；内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站运行补助（2018-LYPT-DW-140）；国家林业局防沙治沙专题“乌兰布和沙漠东北部荒漠化定位监测”共同资助

罗凤敏，工程师，主要从事荒漠生态监测研究。 Email：lfm359541965@126.com

郝玉光，博士，研究员，主要从事荒漠化防治研究。 Email：hyuguang@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.04.018

P931.3

A

1002-6819(2019)-04-0145-08