張正偲， 張 焱,2， 馬鵬飛， 潘凱佳,2， 扎 多，益西拉姆， 仁青桑布

（1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.西藏自治區(qū)氣候中心，西藏 拉薩 850000；4. 山南市氣象局，西藏 山南 856000）

風(fēng)沙活動(dòng)是影響西北干旱、半干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要因子之一［1］。青藏高原地區(qū)同樣存在風(fēng)沙活動(dòng)，因高海拔、低氣壓的大氣環(huán)境導(dǎo)致其風(fēng)沙活動(dòng)過(guò)程與西北低海拔地區(qū)明顯不同［2］。

空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)摩阻風(fēng)速（u*）和空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度（z0）是風(fēng)沙活動(dòng)研究的重要內(nèi)容［3-4］。正確計(jì)算u*和z0，有利于預(yù)測(cè)和量化輸沙量和粉塵通量［5-6］、土壤風(fēng)蝕潛力［7］，是評(píng)價(jià)防沙治沙工程的重要指標(biāo)［8］。u*是氣流對(duì)地表剪切力的反映，當(dāng)摩阻風(fēng)速超過(guò)臨界摩阻風(fēng)速時(shí)，地表微粒脫離地面進(jìn)入空中，發(fā)生風(fēng)蝕［5］。z0是地表風(fēng)速減小到零時(shí)的某一高度，是大氣邊界層湍流屬性通量參數(shù)化方案中常用的參數(shù)之一［7］。z0對(duì)地表粗糙元變化的響應(yīng)敏感，反映地表粗糙元對(duì)風(fēng)速的減弱作用［7］。u*、z0受下墊面性質(zhì)影響顯著。茅宇豪等［9］對(duì)不同干擾程度的草原以及沙丘等11種下墊面進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究，發(fā)現(xiàn)沙丘地表u*和z0最小，且u*和z0與下墊面的生物量以及起伏程度密切相關(guān)。何玉斐等［10］認(rèn)為，戈壁地表粗糙度為10-4～10-3m。周杰等［11］研究了策勒縣高風(fēng)速事件中沙漠-綠洲過(guò)渡帶4種下墊面的u*、z0，結(jié)果表明u*和z0流動(dòng)沙丘＞半流動(dòng)沙丘＞固定沙丘＞綠洲。上述研究表明，不同下墊面空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)差異顯著。因此，對(duì)風(fēng)沙區(qū)不同下墊面近地層氣流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的觀測(cè)與計(jì)算有利于認(rèn)識(shí)不同粗糙元與風(fēng)動(dòng)力之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而評(píng)估區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)度、估算沙塵釋放量等。然而，上述研究主要是針對(duì)低海拔的風(fēng)沙區(qū)，高海拔地區(qū)空氣密度（0.84 kg·m-3）小于低海拔地區(qū)（1.23 kg·m-3）；高海拔地區(qū)風(fēng)沙沉積物富含粉沙和黏土（5.8%±7.2%）［12］，遠(yuǎn)高于低海拔地區(qū)（＜1%）。根據(jù)Shao 等［13］的起動(dòng)風(fēng)速計(jì)算公式，高海拔地區(qū)沙粒的起動(dòng)過(guò)程不同于低海拔地區(qū)。但目前關(guān)于高海拔地區(qū)的野外實(shí)測(cè)研究很少，限制了我們對(duì)高海拔地區(qū)風(fēng)沙災(zāi)害形成機(jī)理的認(rèn)知。

雅江中游風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈［14］，是除中國(guó)北方荒漠區(qū)外的重要粉塵源區(qū)之一［15］。其風(fēng)旱同期的氣候［14］和廣布的松散沉積物［16-17］以及人為破壞地表植被與土層結(jié)構(gòu)等［18］，造成該區(qū)域風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重，但對(duì)該區(qū)域風(fēng)沙問(wèn)題的研究相對(duì)薄弱［16］。目前，雅江風(fēng)沙研究主要集中在以下幾方面：（1）沉積物物源。研究認(rèn)為河谷底部（河心洲、河漫灘）是發(fā)生風(fēng)沙活動(dòng)的物源［2,12,17-19］。（2）風(fēng)沙地貌。風(fēng)沙地貌類型復(fù)雜多樣［2,14］，但最為典型的是爬坡沙丘。（3）沙漠化。該區(qū)域土地沙漠化是氣候變化與人為活動(dòng)共同作用的結(jié)果［12,19］。（4）風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特征。不同地表風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)特征不同［20］。但上述研究不能很好闡明不同地表的沙塵運(yùn)動(dòng)機(jī)理，主要原因是對(duì)不同下墊面的空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究較少。因此，本文通過(guò)野外實(shí)測(cè)的風(fēng)廓線數(shù)據(jù)計(jì)算了植被區(qū)、人為干擾區(qū)和流沙區(qū)3 種下墊面的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為區(qū)域輸沙量計(jì)算、粉塵通量及區(qū)域風(fēng)沙災(zāi)害評(píng)估提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于雅魯藏布江（雅江）中游山南段，西起貢嘎縣，東至乃東區(qū)（90°30′～92°40′E、29°10′～29°30′N），海拔高于3550 m，且自西向東逐漸降低（圖1），北側(cè)為念青唐古拉山，南側(cè)為喜馬拉雅山。研究區(qū)年平均氣溫為8.7 ℃，年平均降水量為378 mm，年內(nèi)變化曲線呈單峰型，旱（冬、春季）、雨（夏）季分明；年平均相對(duì)濕度為42%，夏季較濕、冬季較干；年平均風(fēng)速為2.6 m·s-1，冬春季大，夏秋季小；風(fēng)向復(fù)雜，受地形影響顯著，主風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)［16］。

雅江中游水系辮狀發(fā)育，受徑流季節(jié)性影響，冬、春季水位低，河心洲及河漫灘大面積裸露［16-17］，表層干燥松散的沉積物在強(qiáng)氣流作用下向北面山麓甚至山坡輸運(yùn)，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁［16］。有關(guān)研究表明，該地區(qū)的風(fēng)沙災(zāi)害可能始于以青稞農(nóng)耕為代表的歷史時(shí)期，并隨著人類開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的加大，風(fēng)沙災(zāi)害日趨嚴(yán)重；近年來(lái)，風(fēng)沙活動(dòng)頻次有增多的趨勢(shì)［19］。

2 研究方法

2.1 野外測(cè)量

研究區(qū)冬、春季風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，尤以正午之后更為嚴(yán)重，故選擇2021 年1 月26 日14:35—18:04 和1月27日12:35—15:34分別位于山南市貢嘎縣森布日（圖1b）和昌果附近的河漫灘處（圖1c），利用二維超聲波風(fēng)速儀（風(fēng)速量程分別為0～30 m·s-1，分辨率為0.01 m·s-1；風(fēng)向量程為0～359°；分辨率為1°；數(shù)據(jù)記錄頻率為1 min）對(duì)不同高度風(fēng)速進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)期間，兩地均形成明顯的風(fēng)沙流。

圖1 研究區(qū)地理位置及各站點(diǎn)地表狀況Fig.1 Location of study area and sites and land surface properties in Semburi and Changguo,respectively

森布日地表有植被覆蓋，以蘆葦（Phragmites australias）為主，植被高度為20～40 cm，植被覆蓋度為10%～30%（圖1b）。昌果地表為松散的風(fēng)沙沉積物，無(wú)植被覆蓋（圖1c）。2 個(gè)測(cè)點(diǎn)地表起伏程度均較小。在森布日選擇植被區(qū)（S1，植被蓋度＞20%）和人為干擾區(qū)（S2，植被蓋度＜20%）2種下墊面進(jìn)行測(cè)量；設(shè)有5 層高度，風(fēng)速傳感器安裝高度分別為8 cm、20 cm、40 cm、90 cm和180 cm。雖然，昌果下墊面性質(zhì)相近，但為了對(duì)比，同樣測(cè)量了2 組風(fēng)廓線（C1，C2；均無(wú)植被），且風(fēng)速傳感器安裝高度分別為5 cm、10 cm、30 cm、80 cm、170 cm。兩地參考風(fēng)速的風(fēng)速傳感器架均設(shè)在距地面200 cm 高度處。森布日和昌果分別記錄210條和180條數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

高風(fēng)速條件下大氣層結(jié)呈中性［5］，中性層結(jié)條件下近地層風(fēng)廓線方程可以用下式［3］表示：

式中：uz表示高度z處的風(fēng)速（m·s-1）；u*表示地表摩阻風(fēng)速（m·s-1）；z表示高度（m）；z0表示空氣動(dòng)力學(xué)粗糙長(zhǎng)度（m）；k是馮·卡曼常數(shù)（k=0.4）。

風(fēng)速與高度的關(guān)系可以按照下式［7］利用最小二乘法進(jìn)行回歸擬合。同時(shí)，本文引入判定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）以評(píng)價(jià)擬合優(yōu)度。

式中：a，b為擬合系數(shù)。

u*和z0可分別用下式計(jì)算：

在用風(fēng)廓線方程計(jì)算參數(shù)時(shí)，為了控制數(shù)據(jù)質(zhì)量，選擇2 m 高度風(fēng)速≥4 m·s-1且風(fēng)向?yàn)?00°～290°范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)（圖2 中陰影區(qū)域）。其中，森布日有158 條≥4 m·s-1的風(fēng)速記錄（平均風(fēng)速為7.20±2.17 m·s-1，主風(fēng)向?yàn)?48°±21°），昌果有173 條≥4 m·s-1的風(fēng)速記錄（平均風(fēng)速為7.98±1.56 m·s-1，主風(fēng)向?yàn)?40°±14°）。

圖2 觀測(cè)期間風(fēng)速和風(fēng)向Fig.2 Wind speed and direction during field experiments

為了對(duì)比不同下墊面的風(fēng)速廓線，將不同高度的風(fēng)速和最高處的風(fēng)速按照下式進(jìn)行歸一化處理：

式中：i表示從低到高第i層（i=1，2，3，4，5）；ui是第i層風(fēng)速（m·s-1）；ui′是第i層風(fēng)速歸一化之后的無(wú)量綱風(fēng)速；uf是參考風(fēng)速（m·s-1）。

3 結(jié)果與分析

3.1 風(fēng)速廓線特征

植被區(qū)和流沙區(qū)風(fēng)速隨高度降低而降低，但風(fēng)速降幅差異顯著（表1）。各站點(diǎn)風(fēng)速降幅為：植被區(qū)＞人為干擾區(qū)＞流沙區(qū)（C1、C2），分別為：52%±21%、40%±19%、18%±12%、18%±13%。

表1 森布日和昌果不同高度的平均風(fēng)速及風(fēng)速降幅Tab.1 Averaged five-layer wind speeds and its reduction amplitude at Semburi and Changguo

2種下墊面的風(fēng)速廓線均符合對(duì)數(shù)線性函數(shù)關(guān)系（uz=bln(z) +a，R2＞0.93，RMSE 為0.41～0.52，圖3a）。下墊面性質(zhì)不同擬合函數(shù)的參數(shù)明顯不同。風(fēng)速廓線的斜率越大，風(fēng)速隨高度降低的幅度越大。植被區(qū)相對(duì)人為干擾區(qū)植被高度高、覆蓋度大，故S1點(diǎn)斜率（1.83）大于S2點(diǎn)斜率（1.47）。昌果地表均一，均為流沙，故昌果兩點(diǎn)斜率大小相近（0.91、0.87）。歸一化的風(fēng)速廓線同樣表現(xiàn)出相似的規(guī)律（圖3b）：植被高度越高、覆蓋度越大，則斜率越大，S1 點(diǎn)和S2 點(diǎn)斜率分別為0.28、0.23。C1 點(diǎn)和C2 點(diǎn)斜率均為0.11，說(shuō)明本研究的結(jié)果具有可重復(fù)性，風(fēng)速廓線系數(shù)的差異是由下墊面屬性不同造成的。

圖3 風(fēng)速廓線Fig.3 Wind profile

3.2 空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)特征

下墊面性質(zhì)不同，u*差異顯著。u*在植被區(qū)＞人為干擾區(qū)＞流沙區(qū)（圖4a，圖4b）。植被區(qū)u*約為人為干擾區(qū)的1.2 倍，約是流沙區(qū)的2.1 倍。植被區(qū)u*的分布范圍廣，呈單峰分布，存在粗尾（圖4a）。S1點(diǎn)的u*最小值、平均值和最大值分別是0.20 m·s-1、0.73 m·s-1和1.76 m·s-1（圖4b）。S2 點(diǎn)的u*最小值、平均值和最大值分別是0.19 m·s-1、0.59 m·s-1和1.54 m·s-1。流沙區(qū)u*的分布范圍比植被區(qū)的窄，u*分布集中。C1點(diǎn)的u*最小值、平均值和最大值分別是0.19 m·s-1、0.35 m·s-1和0.69 m·s-1。C2 點(diǎn)的u*最小值、平均值和最大值分別是0.19 m·s-1、0.36 m·s-1和0.67 m·s-1。

下墊面性質(zhì)不同，z0差異亦顯著（圖4c，圖4d）。z0在植被區(qū)＞人為干擾區(qū)＞流沙區(qū)，且植被區(qū)z0約是人為干擾區(qū)的2倍，約是流沙區(qū)的150倍。植被區(qū)z0的變化區(qū)間大，概率密度曲線存在細(xì)尾（圖4c）。S1的z0變化區(qū)間為：0.5×10-2～13.1×10-2m（圖4d），平均值為7.1×10-2m；人為干擾區(qū)（S2）z0變化區(qū)間為：0.1×10-2～10.4×10-2m，平均值為3.7×10-2m。流沙區(qū)z0的變化區(qū)間比植被區(qū)小，z0分布較植被區(qū)集中，近似單峰分布。C1的z0變化區(qū)間為：1.1×10-4～39.3×10-4m，平均值為3.2×10-4m；C2 的z0變化區(qū)間為：1.2×10-4～47.8×10-4m，平均值為3.5×10-4m。

圖4 摩阻風(fēng)速（u*）和空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度（z0）概率密度Fig.4 Probability density curves of u*and z0

4 討論

4.1 空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)與下墊面性質(zhì)的關(guān)系

空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)受地表屬性和氣流狀態(tài)共同影響，其變化是粗糙元與氣流相互作用的結(jié)果［7］。為了闡明下墊面對(duì)z0和u*的影響，本文計(jì)算參數(shù)時(shí)不僅嚴(yán)格限制了風(fēng)速和風(fēng)向（圖2），還對(duì)風(fēng)速進(jìn)行了歸一化處理（圖3b）。結(jié)果表明，植被區(qū)和流沙區(qū)的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異顯著（P＜0.05），反映了下墊面性質(zhì)對(duì)氣流狀態(tài)影響顯著。植被區(qū)和流沙區(qū)地表主要差異在于植被蓋度和植被高度，植被區(qū)植被蓋度約為10%～30%，植被高度約為20～40 cm，流沙區(qū)植被蓋度為0（圖1c）；其實(shí)質(zhì)反映了地表粗糙元的不同。Lettau等［21］認(rèn)為影響地表空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)大小的原因很復(fù)雜，但最關(guān)鍵的決定因素是下墊面的粗糙元。Li等［22］得出相似結(jié)論，認(rèn)為地表粗糙元是影響空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)的關(guān)鍵因子，地表粗糙元越大，u*和z0愈大。植被的存在增加了地表粗糙元，增強(qiáng)了近地層氣流的雷諾剪切引力且造成零平面高度上升［23-24］，故植被區(qū)的u*和z0大于流沙區(qū)。如S1植被蓋度和高度明顯大于S2，導(dǎo)致S1 的z0是S2 的1.9 倍。C1 和C2 為無(wú)植被，所以z0平均值變化不明顯，分別為3.2×10-4m 和3.5×10-4m。植被區(qū)的頂層和底層風(fēng)速降幅可達(dá)89%，而流沙區(qū)僅為40%。這種差異導(dǎo)致植被區(qū)的u*明顯大于流沙區(qū)（S1和C1的u*平均值分別為0.73 m·s-1和0.35 m·s-1）。張強(qiáng)等［25］認(rèn)為造成這種差異的主要原因是柔性植被可以通過(guò)改變自身的結(jié)構(gòu)和形態(tài)更多地消耗近地表氣流的能量，減少了直接到達(dá)地表的能量，從而增大了近地表風(fēng)速的降幅，使得近地表風(fēng)速快速降至0，導(dǎo)致u*和z0增大。

4.2 空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)與平均風(fēng)速的關(guān)系

4.2.1 摩阻風(fēng)速與平均風(fēng)速的關(guān)系 植被區(qū)和流沙區(qū)的u*與2 m高度平均風(fēng)速呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），這與前人的研究結(jié)果相似［9,26］，但2 種下墊面的u*隨風(fēng)速增大程度不同（圖5）。植被區(qū)u*隨風(fēng)速增大程度是流沙區(qū)的2倍（S2和C2斜率分別為0.12和0.06）。此外，S1增加幅度略大于S2（斜率分別為0.13 和0.12），C1 與C2 地表均是由平坦的流沙組成，下墊面相似，兩地u*隨風(fēng)速增大的程度相近。據(jù)此判斷，u*與風(fēng)速的增大程度與地表類型密切相關(guān)，植被覆蓋的地表u*隨風(fēng)速增大程度比流沙

圖5 摩阻風(fēng)速（u*）與平均風(fēng)速（u）的關(guān)系Fig.5 Relationship between threshold friction velocity(u*)and averaged wind speed(u)

地表大；近地層氣流湍流強(qiáng)度增強(qiáng)是地表摩阻風(fēng)速增大的主要原因。在相同地表，近地層湍流強(qiáng)度隨著風(fēng)速增大而增大，導(dǎo)致地表摩阻風(fēng)速增大，表現(xiàn)出摩阻風(fēng)速隨風(fēng)速增大而增大。除此之外，筆者還觀察到植被區(qū)摩阻風(fēng)速隨風(fēng)速的增大程度比流沙區(qū)大；其原因是粗糙度大的植被區(qū)增強(qiáng)了近地層氣流的湍流強(qiáng)度，且隨風(fēng)速增大而增強(qiáng)。

4.2.2 空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度與平均風(fēng)速的關(guān)系 植被區(qū)和流沙區(qū)z0與2 m高度平均風(fēng)速的關(guān)系明顯不同（圖6）。植被區(qū)的z0隨風(fēng)速增大而緩慢增大（圖6a）。流沙區(qū)的z0隨風(fēng)速增大先緩慢減小，當(dāng)風(fēng)速增大到閾值（6.5 m·s-1）后，z0迅速增大（圖6b）。張強(qiáng)等［25］通過(guò)研究不同植被下墊面的空力動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，近地層風(fēng)速會(huì)明顯改變?nèi)嵝源植谠慕Y(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而導(dǎo)致z0在低風(fēng)速時(shí)較大，高風(fēng)速時(shí)較小。楊興華等［27］在塔克拉瑪干沙漠過(guò)渡帶研究了無(wú)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的床面表明，大氣層結(jié)呈中性時(shí)，z0與2 m 高度處風(fēng)速呈顯著的負(fù)指數(shù)關(guān)系。Zhang 等［28］在騰格里沙漠東南緣觀測(cè)風(fēng)沙活動(dòng)條件下，草方格覆蓋的地表和沙質(zhì)地表的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，低風(fēng)速（＜6 m·s-1）時(shí)草方格覆蓋的地表z0隨風(fēng)速迅速增大，高風(fēng)速（＞6 m·s-1）時(shí)緩慢增大；但沙質(zhì)地表z0在低風(fēng)速（＜8 m·s-1）時(shí)隨風(fēng)速增大而緩慢增大，在高風(fēng)速（＞8 m·s-1）時(shí)z0迅速增大。高詠晴等［29］通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究了風(fēng)沙流和凈風(fēng)場(chǎng)中空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)沙流中z0大于凈風(fēng)場(chǎng)，且z0在凈風(fēng)場(chǎng)中隨著風(fēng)速增大而減小，但在風(fēng)沙流中z0隨著風(fēng)速的增大而增大。王翠等［30］的研究也證明了這一點(diǎn)。綜上所述，筆者認(rèn)為：（1）植被區(qū)z0是風(fēng)沙流和植被綜合作用的結(jié)果。（2）流沙區(qū)有無(wú)風(fēng)沙流對(duì)計(jì)算的粗糙度值影響顯著。無(wú)風(fēng)沙流時(shí)計(jì)算的z0可能會(huì)偏大，形成風(fēng)沙流時(shí)，z0隨風(fēng)速呈指數(shù)增加。而臨界值（6.5 m·s-1）指示了起動(dòng)風(fēng)速，這與計(jì)算的臨界起沙風(fēng)風(fēng)速相似（流沙地表平均粒徑為292.81 μm。沙粒密度為2650 kg·m-3。觀測(cè)期間平均氣壓為655.7 hPa，平均氣溫為10.1 ℃。根據(jù)氣體狀態(tài)方程計(jì)算出空氣密度約為0.81 kg·m-3。據(jù)此，利用起沙風(fēng)公式［3］計(jì)算流沙地表2 m 高度處臨界起沙風(fēng)風(fēng)速為6.6 m·s-1）。

圖6 平均風(fēng)速（u）與空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度（z0）的關(guān)系Fig.6 Relationship between aerodynamic roughness length(z0)and averaged wind speed(u)

4.3 海拔對(duì)風(fēng)速廓線的影響

為了闡明海拔與近地層風(fēng)速的關(guān)系，對(duì)不同區(qū)域流沙地表的野外實(shí)測(cè)資料按照公式（5）做歸一化處理（圖7）。研究區(qū)流沙地表（昌果）與塔中［31］、敦煌［32］、庫(kù)布齊風(fēng)電場(chǎng)［33］、巴丹吉林拐子湖［34］、中衛(wèi)風(fēng)沙觀測(cè)場(chǎng)［35］的歸一化風(fēng)速廓線均符合對(duì)數(shù)線形規(guī)律（u′=cln(z)+d；c，d為標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)速廓線擬合系數(shù)，R2＞0.98，RMSE 為0.03～0.06）（圖7a、表2）；參數(shù)c隨海拔增加呈指數(shù)遞減，但d呈指數(shù)遞增，揭示了近地層風(fēng)速隨海拔高度變化的差異（圖7b、圖7c）；c值越大（d值越?。?，風(fēng)速減小越快，反之則亦然。這表明相對(duì)于低海拔地區(qū)，高海拔地區(qū)空氣密度小，黏度小，氣流內(nèi)摩擦力小，氣流能量向下傳遞時(shí)被消耗的少，根據(jù)雷諾數(shù)公式判斷高海拔地區(qū)更易于發(fā)生湍流。說(shuō)明高海拔地區(qū)氣流隨高度增加（減小）程度要比低海拔地區(qū)慢，能量消耗較少，從而導(dǎo)致高海拔地區(qū)風(fēng)沙沉積物比低海拔地區(qū)運(yùn)動(dòng)的更高、更遠(yuǎn)［20］。

表2 歸一化風(fēng)速廓線參數(shù)（u′=cln(z)+d）Tab.2 Normalized wind speed profile parameters for each station

圖7 歸一化風(fēng)速廓線，風(fēng)速廓線參數(shù)（c,d）與海拔（h）的關(guān)系Fig.7 Normalized wind speed profiles of naturally flat bare sand surfaces at high and low altitudes areas and coefficient c and d versus altitude

綜上所述，森布日和昌果的u*和z0差異顯著，與平均風(fēng)速的關(guān)系明顯不同。盡管在高風(fēng)速條件下，森布日和昌果地表都有可能發(fā)生風(fēng)蝕，但通過(guò)對(duì)森布日和昌果u*和z0的分析，昌果地表發(fā)生風(fēng)蝕的潛力更大。結(jié)合研究區(qū)的地表類型時(shí)空變化特征，冬、春季雅江中游類似昌果地表環(huán)境的區(qū)域，河漫灘、河心洲大面積裸露［17］，建議風(fēng)沙災(zāi)害防治重點(diǎn)放在河心洲和河漫灘。

5 結(jié)論

（1）植被區(qū)近地層風(fēng)速的降低幅度大于流沙區(qū)，體現(xiàn)了植被對(duì)近地層風(fēng)速的減弱作用，從而減弱土壤風(fēng)蝕。

（2）植被區(qū)的u*、z0大于流沙區(qū)，植被區(qū)的u*、z0分別約是流沙區(qū)的2倍、150倍。植被區(qū)和流沙區(qū)的u*平均值分別為0.73 m·s-1和0.36 m·s-1，對(duì)應(yīng)z0平均值分別在10-2、10-4量級(jí)。據(jù)此，風(fēng)沙災(zāi)害防治重點(diǎn)應(yīng)該在河心洲和河漫灘。

（3）植被區(qū)與流沙區(qū)的摩阻風(fēng)速均與平均風(fēng)速呈顯著的線形關(guān)系，隨平均風(fēng)速增大而增大，但植被區(qū)增大的程度大于流沙區(qū)。

（4）植被區(qū)與流沙區(qū)的空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度對(duì)平均風(fēng)速的響應(yīng)方式不同，與下墊面粗糙元性質(zhì)以及是否形成風(fēng)沙流密切相關(guān)。