戈壁地表粉尘释放特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00068

摘要/Abstract

摘要：

戈壁地表粉尘释放是中国西北干旱区重要的自然地理现象，目前粉尘释放模型的应用未能充分考虑戈壁复杂地表属性，对不同粒径范围的粉尘模拟能力不足。对阳关绿洲边缘戈壁的风速、粉尘浓度、输沙通量进行了同步观测，结果表明：戈壁地表PM₁₅和PM_2.5释放通量分别与摩阻风速呈2次幂和4次幂函数关系，与输沙率线性正相关，粉尘释放效率随摩阻风速增大而呈降低趋势。PM_2.5在总粉尘释放通量中的占比随摩阻风速和输沙率的增大而呈对数律增大，PM_10-15占比呈相反的变化趋势。戈壁区流沙斑块对戈壁粉尘释放和输移具有重要影响。地表未起沙时，戈壁表面粉尘水平输送主要来源于上风向流沙斑块吹扬释放的粉尘，有流动沙源分布条件下的粉尘释放通量较无流动沙源分布条件下的粉尘释放通量增大2倍以上。地表风蚀起沙时，戈壁表面的粉尘既有来自流沙区的扬尘输送，也有风沙流击溅磨蚀产生的粉尘释放，且以后者为主。上风向无流动沙源条件下，戈壁粉尘释放主要受风速和表层沉积物中粉尘含量的控制。

关键词: 戈壁地表, 风蚀事件, 粉尘释放通量, 粉尘输送

Abstract:

Dust emission from the gobi surface constitutes a significant natural geographical phenomenon in the arid regions of northwestern China. Current applications of dust emission models have inadequately accounted for the complex surface attributes of the gobi and exhibit insufficient simulation capabilities for dust particles across different size ranges. This study reveals that the PM₁₅ and PM_2.5emission fluxes from the gobi surface follow quadratic and quartic power functions with friction velocity， respectively， and show a linear positive correlation with sand transport rate. Dust emission efficiency decreases as friction velocity increases. The proportion of PM_2.5 in the total dust emission flux increases logarithmically with rising friction velocity and sand transport rate， while the proportion of PM_10-15 exhibits an opposite trend. Mobile sand patches in the gobi region significantly influence dust emission and transport. When no sand entrainment occurs on the surface， horizontal dust transport above the gobi surface primarily originates from windblown dust released by upwind mobile sand patches. The dust emission flux under conditions with patchily distributed mobile sand sources is double more than that without such sources. During surface wind erosion events， dust emissions from the gobi surface arise both from transported dust originating in mobile sand areas and from abrasion-induced release by saltating sand particles， with the latter dominating. In the absence of upwind mobile sand sources， gobi dust emissions are primarily controlled by wind velocity and the dust content in surface sediments.

Key words: gobi surface, wind erosion events, dust emission flux, dust transport

中图分类号:

P931.3

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图/表 8

图1 研究区位置及观测点地表实况注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2024）0650号）制作，底图边界无修改

Fig.1 Location of the study area and the surface conditions of observation points

图2 仪器及其布设示意图

Fig.2 Diagram of instruments and setup

图3 戈壁和流沙粒度组成

Fig.3 Grain size composition of the gobi desert and aeolian sands

图4 戈壁地表风速与输沙率（A）、粉尘释放通量（B）、水平通量（C）随时间的变化

Fig.4 Temporal variation of surface wind speed， sand transport rate （A）， dust emission flux （B）， and horizontal flux （C） above the gobi surface

图5 粉尘释放与摩阻风速和输沙率的关系

Fig.5 Relationship between dust emission， friction velocity， and sand transport rate

图6 PM2.5和PM10-15释放通量及其在总粉尘中的占比随摩阻风速的变化

Fig.6 PM2.5 and PM10-15 emission flux variations and their proportion of total dust versus friction velocity

图7 上风向有、无沙源条件下不同观测高度粉尘水平通量随摩阻风速的变化

Fig.7 Variations in dust horizontal flux at different observation heights with friction velocity under upwind conditions with and without sand sources

图8 上风向有、无沙源情形下粉尘释放通量随摩阻风速的变化

Fig.8 Variations in dust emission flux with friction velocity under upwind conditions with and without sand sources

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