国家重点基础研究发展规划（973）项目.doc

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1、国家重点基础研究发展规划（973）项目干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控第四课题绿洲化、荒漠化关键物理过程及其数值模拟课题编号：2009CB421304第二年度执行与进展报告一.年度计划执行情况1•年度计划完成情况a）第二年度计划：1.分析地表含水量、含盐量、植被、风场及湍流结构等对盐渍化和风沙运动的影响及其相互作用，通过开展水盐运动和风沙运动基本规律的实验研究，初步建立描述开展水盐运动和风沙运动的基本分析模型的理论框架和研究途径；2.全面开展实验研究工作，根据初步实验观测和理论分析结果，建立适合干旱区不同典型区域的水盐运移和风沙运动模型

2、。b）第二年度预期目标：1.初步弄清揭示干旱区地表风蚀过程的物理机制与水盐运动规律；建立描述风蚀过程和水盐运移的理论模型和预测方法；2.发表学术论文7篇，其中SCI收录论文2篇。C）第二年度完成情况：依据年度计划与年度目标，本课题在2009年所进行的水盐运动和风沙运动实验观测仪器的购置、安装调试工作的基础上，开展了大量有关含水量、含盐量、植被、风场及湍流结构等对水盐运移化和风沙运动的影响及其相互作用的实验观测，并得到了一系列相关成果；在对实验结果进行理论分析的基础上，补充和完善并提炼出了实验规律和相关经验公式，开展了风沙运动以及水盐运移的理论分析与建模工作，定量分

3、析了地表含水量、含盐量、植被、风场及湍流结构等对土壤风蚀和水盐运移的影响规律及其相互作用。截至目前已发表和接受学术论文25篇,其中SCI收录论文5篇。通过对照年度计划与目标可以看出，本课题各单位根据年度计划积极开展了相关研究工作。已完成研究论文20余篇，其已发表和接受发表的论文为25篇(其中5篇为SCI收录论文，5篇为EI收录论文，其余为国际会议或中文核心期刊论文)，达到本年度发表论文的目标。2.研究工作的主要进展一年来，主要进展的总结如下：(1)知识储备在深入总结2009年工作的基础上，经过课题内部充分讨论和交流，进一步细化了研究的内容和研究目标并将本年度具体任

4、务落实到了每个学术骨干。(2)室内实验通过在风洞中采用原状土柱，对民勤盐渍土的水盐运动进行了室内模拟研究，研究了地下水临界深度、水分和盐分的运动规律、地下水蒸发对水盐运动的影响、盐分运移速度的拟合公式；利用先进的PIV、PDPA等仪器以及新购置的复杂地表沙尘扩散与沉积模拟装置，对复杂地形下沙尘的起动、传输以及沉积进行了大量的风洞实验，并得到了部分创新成果。(3)野外观测对民勤面临沙化与盐渍化地区地表进行了长期的观测试验，并进行了相应于室内试验的各种样方的设计和采集；利用布置在甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站50米高的3号塔的频率为50Hz的三维超声风

5、速仪，对该地区沙尘暴发生时的风场随时间变化的全过程进行了观测，首次获得了离地面高度分别为8,16,32和47米处的沙尘暴期间风场同步测量的时间序列数据。(4)理论建模以土壤水盐运动的动力学理论为基础，对土壤水盐运移的数学模型做了探讨，建立了研究土壤中溶质运移问题的两区模型，考虑了溶质运移过程中的化学和物理非平衡性，改善了对溶质迁移特征的描述；针对传统近地层风沙流的理论与数值模拟研究以及风洞实验大多是基于理想条件(平坦床面、定常风速)，而实际风沙运动通常发生在复杂环境下(如复杂地形、湍流结构风场等)，沙漠最基本的地貌形态如沙丘、沙波纹等迎风面坡度对颗粒起动和输沙率影

6、响很大，基于此，建立了模拟坡面风沙运动的风沙两相流理论；首次提出了植被-盐渍化-沙漠化动力学耦合模型，将植被、盐渍化、沙漠化置于同等地位来研究其相互耦合作用关系，可利用该模型模拟植被-盐渍化-沙漠化的发展，研究其发展变化规律，并根据演变趋势进行预测。(5)数值模拟在研究水盐运移机理方面进行了多孔介质孔隙结构模型的构造及多相流的数值模拟方法的研究，确定了利用马尔科夫链蒙特卡罗方法(CMCM)来构建非均质多孔介质的三维随机模型，然后利用两区模型进行水盐运移的模拟，通过分别对不同溶质降解系数和不同溶质生成系数下溶质运移的模拟，研究了降解和溶质生成对水盐运移的影响；采用S

7、IMPLE算法对复杂地形下坡面不同位置处的风场进行了数值模拟，并计算了起沙率和输沙率。3.重要阶段性成果或突破(1)借助甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站自行研制的近地面沙尘暴观测系统，对2006年1月至2007年5月发生在我国主要的沙尘源区之一甘肃省民勤县的27次沙尘暴过程中的地表温度与气温之间的温度差进行统计，分析了不同下垫面条件下沙尘暴的沙尘水平通量和沙尘体积浓度对此温度梯度的响应，在分述以上要素各自特征的基础上对它们之间的联系及相互影响进行研究，结果表明：绝丸部分沙尘暴发生当日地表与丸气的温差不会超过20°C,而在此范围内的地-气温度梯度不会对

8、沙尘暴的沙