Surface aerodynamic characteristics of flat quicksand in the middle reaches of Yarlung Tsangpo River

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00106

Journal of Desert Research ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 194-203.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00106

Surface aerodynamic characteristics of flat quicksand in the middle reaches of Yarlung Tsangpo River

Ting Liu¹^,²(), Xiaopeng Jia¹, Dingmei Chen³, Lamu Yixi³, Yan Zhang¹^,², Kaijia Pan¹^,², Zhengcai Zhang¹^,⁴()

^1.Key Laboratory of Desert and Desertification，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3.Shannan Meteorological Bureau，Shannan 856000，Xizang，China
^4.School of Geography Science and Tourism，Shaanxi Normal University，Xi'an 710119，China

Received:2023-05-31 Revised:2023-07-14 Online:2023-09-20 Published:2023-09-27
Contact: Zhengcai Zhang

Abstract

Abstract:

The near-ground aerodynamic process and characteristics are important factors affecting the process and intensity of wind-blown sand movement， which are influenced by a variety of factors such as surface roughness characteristics and air density， and are the important contents of the scientific research on wind-blown sand. The middle reaches of Yarlung Tsangpo River are one of the regions with the most frequent wind-blown sand activities in the Qinghai-Tibet Plateau， but the research on the surface aerodynamic process of shifting sand is relatively weak. Based on the field measured wind speed data of Shigatse wide valley and Shannan wide valley， this paper analyzes the wind speed profile， aerodynamic roughness （z₀） and frictional wind speed （u_*） of shifting sand surface， aiming to provide theoretical basis for the process and mechanism of high-altitude wind-blown sand movement， and provide ideas for the prevention and control of wind-blown sand disasters in this area. The results show that：（1） When the air density is 0.84±0.02 kg·m^-3， the wind velocity profile on the surface of quicksand meets the logarithmic function. The mean intercept and slope of wind velocity profile at high altitude are greater than those at low altitude， indicating that air density caused by altitude affects near-ground air flow. （2） The friction wind speed in Yarlung Tsangpo River increases linearly with the increase of wind speed （R²> 0.75）， but the fitting coefficient between the two is greater than the previous research results， which further indicated that the air density affected the near-formation airflow movement. （3） u_*and z₀ satisfy the exponential model z₀=b₁exp （u_* / b₂）+b₃， which is different from previous field measured data and wind tunnel test results （2-parameter exponential model， etc.）. （4） Under similar homogeneous underlying surface conditions， u_*and z₀ are significantly positively correlated with air temperature， humidity and altitude， and air temperature has the greatest influence.

Key words: Yarlung Tsangpo River, wind speed profile, friction wind speed, aerodynamic roughness length

CLC Number:

P931.3

Ting Liu, Xiaopeng Jia, Dingmei Chen, Lamu Yixi, Yan Zhang, Kaijia Pan, Zhengcai Zhang. Surface aerodynamic characteristics of flat quicksand in the middle reaches of Yarlung Tsangpo River[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(5): 194-203.

Figures/Tables 8

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地点	纬度 /（°）	经度 /（°）	海拔 /m	日均气温 /℃	湿度 /%	空气密度 /（kg·m^-3）	1.8 m高处平均风速 /（m·s^-1）	风向 /（°）	时间段
聂日雄	29.3	88.8	3 839	-1.5	34.2	0.8	5.0±3.0	128±93	12:30—15:00
谢通门	29.4	88.5	3 895	2.7	35.5	0.8	5.4±3.2	143±108	12:00—18:30
达那答	29.4	88.6	3 860	-2.0	37.9	0.8	3.9±2.4	276±22	13:00—17:00
昌果1	29.3	91.1	3 558	4.4	10.7	0.9	7.0±3.0	264±18	12:40—15:00
昌果2	29.3	91.2	3 558	4.4	10.7	0.9	6.5±3.2	253±22	13:00—16:00
阿扎	29.3	91.9	3 547	4.1	12.5	0.9	8.5±2.6	283±18	16:00—18:00
河西	42.3	101.0	914	-1.6	29.5	1.1	6.7±3.2	272±18	10:25—16:40

地点	纬度 /（°）	经度 /（°）	海拔 /m	日均气温 /℃	湿度 /%	空气密度 /（kg·m^-3）	1.8 m高处平均风速 /（m·s^-1）	风向 /（°）	时间段
聂日雄	29.3	88.8	3 839	-1.5	34.2	0.8	5.0±3.0	128±93	12:30—15:00
谢通门	29.4	88.5	3 895	2.7	35.5	0.8	5.4±3.2	143±108	12:00—18:30
达那答	29.4	88.6	3 860	-2.0	37.9	0.8	3.9±2.4	276±22	13:00—17:00
昌果1	29.3	91.1	3 558	4.4	10.7	0.9	7.0±3.0	264±18	12:40—15:00
昌果2	29.3	91.2	3 558	4.4	10.7	0.9	6.5±3.2	253±22	13:00—16:00
阿扎	29.3	91.9	3 547	4.1	12.5	0.9	8.5±2.6	283±18	16:00—18:00
河西	42.3	101.0	914	-1.6	29.5	1.1	6.7±3.2	272±18	10:25—16:40

	高度范围/m	高度平均值/m	风速范围/（m·s^-1）	风速平均值/（m·s^-1）
大于4 m·s^-1
谢通门	0.003~0.463	0.084±0.145	0.03~3.63	2.33±2.00
达那答	0.002~0.081	0.024±0.032	0.01~3.09	1.18±1.33
聂日雄	0.001~0.015	0.005±0.006	0.42~2.21	1.05±0.68
昌果1	0.0002~0.036	0.010±0.010	0.50~4.88	2.90±1.26
昌果2	0.0004~0.144	0.014±0.030	0.78~7.36	2.86±1.60
阿扎	0.001~0.064	0.017±0.017	0.46~5.12	2.71±1.13
河西	0.002~0.157	0.021±0.034	0.86~7.00	2.91±1.78
大于6 m·s^-1
昌果1	0.003~0.036	0.017±0.011	2.80~4.88	3.97±0.66
昌果2	0.0004~0.0144	0.021±0.037	1.00~7.36	3.53±1.58
阿扎	0.001~0.064	0.019±0.017	0.46~5.12	3.01±1.19
大于8 m·s^-1
河西	0.003~0.157	0.040±0.050	1.54~7.00	1.93±4.17

	高度范围/m	高度平均值/m	风速范围/（m·s^-1）	风速平均值/（m·s^-1）
大于4 m·s^-1
谢通门	0.003~0.463	0.084±0.145	0.03~3.63	2.33±2.00
达那答	0.002~0.081	0.024±0.032	0.01~3.09	1.18±1.33
聂日雄	0.001~0.015	0.005±0.006	0.42~2.21	1.05±0.68
昌果1	0.0002~0.036	0.010±0.010	0.50~4.88	2.90±1.26
昌果2	0.0004~0.144	0.014±0.030	0.78~7.36	2.86±1.60
阿扎	0.001~0.064	0.017±0.017	0.46~5.12	2.71±1.13
河西	0.002~0.157	0.021±0.034	0.86~7.00	2.91±1.78
大于6 m·s^-1
昌果1	0.003~0.036	0.017±0.011	2.80~4.88	3.97±0.66
昌果2	0.0004~0.0144	0.021±0.037	1.00~7.36	3.53±1.58
阿扎	0.001~0.064	0.019±0.017	0.46~5.12	3.01±1.19
大于8 m·s^-1
河西	0.003~0.157	0.040±0.050	1.54~7.00	1.93±4.17

		T	Sig.	相关性			共线性统计量
		T	Sig.	零阶	偏	部分	容差	VIF
z₀	常量	-2.917	0.062
	H/m	1.488	0.233	0.458	0.652	0.306	0.698	1.432
	T/℃	0.875	0.446	-0.412	0.451	0.18	0.219	4.558
	RH/%	2.678	0.075	0.778	0.84	0.551	0.247	4.051
u_*	常量	-0.888	0.44
	H/m	4.55	0.02	0.813	0.935	0.634	0.698	1.432
	T/℃	0.782	0.491	-0.101	0.412	0.109	0.219	4.558
	RH/%	2.528	0.086	0.491	0.825	0.352	0.247	4.051

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