中蒙俄经济走廊蒙古国段的风沙流特征

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本站小编 Free考研考试/2021-12-29

崔珂军^,¹^,²^,³^,⁴^,⁵, 李生宇^,¹^,²^,³^,⁴^,⁵, 范敬龙¹^,²^,⁴^,⁵, 王海峰¹^,²^,³^,⁵, 孟晓于¹^,²^,³^,⁴^,⁵, 苗佳敏¹^,²^,³^,⁴^,⁵, 吕振涛¹^,²^,³^,⁴^,⁵

1.中国科学院新疆生态与地理研究所国家荒漠-绿洲生态建设工程技术研究中心,乌鲁木齐 830011

2.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室,乌鲁木齐 830011

3.中国科学院新疆生态与地理研究所莫索湾沙漠研究站,石河子 832000

4.中国科学院新疆生态与地理研究所塔克拉玛干沙漠研究站,库尔勒 841000

5.中国科学院大学,北京 100049

Characteristics of wind and sand flows in the Mongolian section of the China-Mongolia-Russia economic corridor

CUI Kejun^,¹^,²^,³^,⁴^,⁵, LI Shengyu^,¹^,²^,³^,⁴^,⁵, FAN Jinglong¹^,²^,⁴^,⁵, WANG Haifeng¹^,²^,³^,⁵, MENG Xiaoyu¹^,²^,³^,⁴^,⁵, MIAO Jiamin¹^,²^,³^,⁴^,⁵, LV Zhentao¹^,²^,³^,⁴^,⁵

1. National Engineering Technology Research Center for Desert-Oasis Ecological Construction, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China

2. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Urumqi 830011, China

3. Mosuowan Desert Research Station, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Shihezi 832000, Xinjiang, China

4. Taklimakan Desert Research Station, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, CAS, Korla 841000, Xinjiang, China

5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 李生宇（1975-）,男,河北宣化人,博士,正高级工程师,主要从事风沙地貌与风沙工程。E-mail: lishy_hb@163.com

收稿日期:2021-05-18接受日期:2021-09-13

基金资助:

中国科学院A类战略性科技先导专项子课题(XDA2003020201)
国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2017YFE0109200)

中国科学院关键技术人才项目

Received:2021-05-18Accepted:2021-09-13
作者简介 About authors
崔珂军（1995-）,男,山东青岛人,硕士,主要从事沙漠化防治与生态修复。E-mail: 464509354@qq.com

摘要
中蒙俄经济走廊穿越蒙古国主要生态类型区,本文对沿线的达尔汗、乔伊尔、赛因山达、扎门乌德4个观测区的风沙流进行研究,研究结果表明：① 风沙流水平输沙量均随高度增加而降低,两者最优拟合函数随下垫面变化而不同,达尔汗和乔伊尔为指数函数,而赛因山达和扎门乌德为幂函数。② 各观测区年输沙通量空间分异明显,其中乔伊尔最大,达尔汗其次,扎门乌德再次,赛因山达最小,这与传统认知有较大不同。③ 风沙流输沙通量空间差异与多种因素有关。乔伊尔处于海洋气流影响尾闾区,春季干旱发生频率高,正值风季,风速较大,风蚀强烈;其他地区春季干旱发生频率相对较低,其中达尔汗地处自然条件较好的北部河谷区,但由于农田开垦和过度放牧,风蚀较为强烈,而扎门乌德和赛因山达风季风速相对较小,且放牧强度较低,风蚀较轻。本文的研究结论对蒙古国因地制宜开展风沙灾害防治和荒漠化治理具有重要的参考价值。
关键词： 风沙流;拟合函数;特征值;输沙通量;空间差异;影响因素

Abstract

Mongolia is the main route area of China-Mongolia-Russia economic corridor. Since 1990, the degradation of ecosystems has posed a severe challenge to Mongolia, especially the grasslands are seriously degraded, and the desertified grasslands reach one third of the total area of the country. Mongolia will have more economic construction activities in its desertified grassland area in the future, and wind and sand disaster control will be one of the major tasks. The China-Mongolia-Russia economic corridor crosses the main substratum ecotype landscape areas of Mongolia. In this paper, the wind erosion desertification area along the north-south longitudinal railroad in Mongolia is used as the target area for the study of wind and sand flow in four observation areas along the line, namely, Darkhan, Choir, Sayinshanda and Zamyn-Uud. Results show that: (1) The horizontal sand transport of wind and sand flow both decrease with increasing height, and the most suitable fitting functions for both vary with the subsurface, with Darkhan and Choir being exponential functions, while Sayinshanda and Zamyn-Uud are power function. (2) The spatial distribution of annual sand transport flux is not the same for each observation area, with the largest in Choir, followed by Darkhan, Zamyn-Uud, and the smallest in Sainshanda, which is different from the traditional perception. (3) The spatial distribution of sand transport fluxes from wind and sand streams is related to a variety of influencing factors. Choir has a high frequency of spring droughts because of the influence of the tail-end ocean currents, which coincides with the season of frequent strong winds, high wind speeds and severe wind erosion; other areas have relatively low frequency of spring droughts, among which, Darkhan is located in the northern valley area with better natural conditions, but wind erosion is stronger due to agricultural land reclamation and overgrazing, while in Zamyn-Uud and Sayinshanda, the winds in the windy season are relatively weak and the grazing intensity is low, so the wind erosion is light. The findings of this paper have important reference value for Mongolia to take targeted measures in wind and sand disaster and desertification control according to local conditions, and may also provide supporting evidence for the drastic changes of desertification.

Keywords：aeolian-sand flow;fitting function;characteristic value;sediment flux;spatial difference;influencing factor

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本文引用格式
崔珂军, 李生宇, 范敬龙, 王海峰, 孟晓于, 苗佳敏, 吕振涛. 中蒙俄经济走廊蒙古国段的风沙流特征[J]. 地理研究, 2021, 40(11): 3092-3102 doi:10.11821/dlyj020210416
CUI Kejun, LI Shengyu, FAN Jinglong, WANG Haifeng, MENG Xiaoyu, MIAO Jiamin, LV Zhentao. Characteristics of wind and sand flows in the Mongolian section of the China-Mongolia-Russia economic corridor[J]. Geographical Research, 2021, 40(11): 3092-3102 doi:10.11821/dlyj020210416

1 引言

蒙古国是中蒙俄经济走廊的主要途径区。自1990年以来,蒙古国生态退化逐步发展,尤其草原退化严重,荒漠化草原达国土总面积的1/3。生态退化伴随着明显的风蚀沙化,蒙古国成为世界重要沙尘策源地,风沙活动对环境、交通、社会经济以及人体健康造成了很大影响,也影响到中蒙俄经济走廊的安全。2021年3月13—15日,蒙古国发生特大沙尘暴灾害,造成多人伤亡和失踪,对中国以及其他东亚国家也造成严重影响。

风沙活动是风蚀沙漠化的基本过程,而风沙流则是风沙活动的主要内容。最早的风沙流研究出现在拜格诺的《风沙和荒漠沙丘物理学》^[1]。之后,为诊断地表的吹蚀、搬运和堆积状态,吴正提出了风沙流结构特征值的概念及判别方法^{[2] 29}。丁国栋发现,风沙流的沙粒搬运量与高度呈一定数学关系^{[3] 85}。近年来,风沙流结构研究主要集中于风沙流结构对下垫面的反馈^{[4,5,6,7,8,9,10]}、风沙流水平通量与风速的关系^{[11,12,13,14,15,16,17]}、基于输沙率理论模型的输沙通量估算精度^[18,19]等方面。陈新闯等^[20]发现风沙流输沙主要高度因下垫面不同而不同,流动沙丘、固定沙丘为0~20 cm,半固定沙丘则为0~40 cm。黄雨晖等^[21]建立了戈壁风沙流模型,可较准确地描述水平输沙通量与高度的关系,能较好解释“象鼻”效应的发生机理。杨兴华等^[22]研究发现风沙流水平通量随高度呈幂函数减小。

在蒙古国中南部的荒漠化草原地区,地势平坦,风力强劲,土层浅薄且植被稀疏,下垫面风蚀强烈,是主要的风蚀沙漠化发生区。长期以来,****们多关注蒙古国的高空沙尘活动^[23],对近地表风沙流输沙研究较少。蒙古国荒漠化草原地区未来将迎来较多经济建设活动,而风沙灾害防治将是其中重要任务。本文以蒙古国南北纵贯铁路沿线风蚀沙漠化区为研究靶区,对沿线4个地区的风沙流输沙进行观测分析,建立了水平输沙通量与高度的拟合关系,诊断了地表的蚀积状况,发现了风沙流输沙通量具有明显的空间差异,并阐明了发生原因。本文研究结论可为蒙古国风沙灾害防治提供科学依据。

2 研究区环境背景

蒙古国是世界第二大内陆国,位于亚洲东北部的南西伯利亚泰加林山地和亚洲中部荒漠之间,地势西北高、东南低,以高原和山地为主,平均海拔1580 m,境内主要分布着落叶阔叶林、混交林和草原等三大植被类型^{[24] 25}。由于位于北温带且四面环山,离海洋远,气候属典型温带大陆性气候,冬季气温低漫长,夏季炎热干燥且短,昼夜温差大,年平均气温为-2.7 ℃,冬季最低气温可达-40 ℃,夏季最高可达40 ℃;降水少,多年平均降水量约200~300 mm,主要集中在夏季,空间分布为东北多西南少。土地利用类型主要有裸地（沙质裸地与戈壁组成）、草地、森林、水体、耕地,森林约占国土面积的10％,主要分布在北部山区^[24]27,耕地面积很少,仅零散分布于森林与草地混交区。

中蒙俄经济走廊是“一带一路”的重要部分,包含华北通道和东北通道。蒙古纵贯铁路是连接俄蒙中最重要的铁路干线,属华北通道,它由西伯利亚铁路的乌兰乌德站引出,横穿蒙古国,沿途经苏赫巴托、达尔汗、乌兰巴托、赛因山达、扎门乌德等城市,于二连浩特站与中国内蒙古接轨。该铁路线1955年建成,大部分位于蒙古国境内,穿越蒙古国主要生态景观单元（图1）。

图1

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图1风沙观测区位置及其主要景观类型

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号：GS(2020)4395号）制作,底图无修改。
Fig. 1The location of the aeolian sand observation and main landscape types in the study area

本文的观测区由北向南分别为达尔汗、乔伊尔、赛因山达、扎门乌德,植被景观分别为河谷灌丛、荒漠化草原、戈壁荒漠、覆沙戈壁荒漠^[25]（图1）,在空间上基本上代表了沿线沙漠化地区的主要景观类型。由于蒙古国主导风向为西北风,为了避免人为活动影响,观测点均位于铁路西侧围栏内缘（有围栏保护,减少放牧等人为活动影响）。在乔伊尔地区,还在铁路东侧的气象站观测区的围栏内设置了观测点。

3 数据与方法

3.1 风沙流观测设备及观测设置

考虑到研究区风沙活动比较强烈且需要较长时间进行观测,本文采用自制大容量全向梯度集沙仪^[26]（图2,见第3095页）,集沙盒储沙空间较大（内径D=20 cm或16 cm的圆筒）,进沙口为边长2 cm的正方形,配置有封闭性旋转轴承,可以收集各风向的风沙流。2019年7月26日—8月4日集沙仪安装完毕,设置4个垂直梯度,各集沙盒进沙口高度分别距地面20、50、70、120 cm。此外,设备顶部还装有降尘收集桶,并由三根拉线和地锚进行固定。2020年7月27日—8月15日完成了集沙仪的样品采集,样品装入密封袋（做好标记）,带回室内风干,用百分之一精度天平称重。

图2

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图2全向梯度集沙仪的结构和布设

Fig. 2The structure of omnidirectional gradient sand collector and its setting map

3.2 计算方法

3.2.1 风沙流水平输沙率风沙流水平输沙率是指在某一高度范围内单位宽度、单位时间所通过的沙粒质量^[17]。通常用

q

表示,计算公式为：

（1）

q = \frac{m}{st}

式中：

m

为集沙仪内收集样品的质量;

s

为进沙口的横截面积;

t

为观测时间。

3.2.2 风沙流参数

（1）风沙流结构数。丁国栋^[3]86用风沙流结构数S描述风沙流特征,以判断地表的蚀积、搬运状况,其计算公式为：

（2）

S = \frac{Q_{\max}}{{\bar{Q}}_{0 ~ 10}}

式中：

Q_{\max}

为0~10 cm高度层内的最大输沙率,即0~1 cm层的输沙率;

{\bar{Q}}_{0 ~ 10}

为0~10 cm高度层内的平均输沙率,取0~10 cm层内总输沙量的1/10。

（2）风沙流特征值。吴正^[2]61对风沙流特征指标进行改进,提出了风沙流特征值

λ

,以判断地表蚀积状况,其计算公式为：

（3）

λ = \frac{Q_{2 ~ 10}}{Q_{0 ~ 1}}

式中：

Q_{0 ~ 1}

为0~1 cm高度层内风沙流的输沙率;

Q_{2 ~ 10}

是2~10 cm高度内,各高度风沙流输沙率总和。

3.2.3 输沙通量输沙通量是指距地表一定高度范围内单位宽度、一定时间段内的累积输沙量,是防沙治沙的重要参数,其计算公式为：

（4）

Q = \int_{0}^{100} f (x) dx \times 100

式中：

Q

为输沙通量(t/(m·a));

f (x)

为对应采样点的最优拟合函数;

x

为垂直高度(cm)。

4 结果与分析

4.1 风沙流挟沙的垂直分布规律

由于沙粒粒径及运动方式的差异,风沙流水平输移量垂直分布不均匀。前人研究发现^[12,16],风沙流挟沙量的垂直分布符合指数函数或者幂函数。本文对蒙古国纵贯铁路沿线的4个观测区的风沙流挟沙量数据垂直分布拟合发现,4种函数拟合较好。这4种函数的名称以及基本形式如表1,式中Y为各高度层风沙流水平挟沙量,x为高度,a、b、c为拟合函数的系数。

Tab. 1
表1
表1四种拟合函数的基本形式
Tab. 1Four basic forms of fitting function

函数名称	函数形式	所属类别
Allometric	$Y = a x^{b}$	幂函数
Belehradek	$Y = a {(x - b)}^{c}$	幂函数
Asymptotic	$Y = a - b c^{x}$	指数函数
Exp2p	$Y = a b^{x}$	指数函数

注：运用Belehradek函数拟合时,应注意高度x大于系数b。

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由于不同观测区的下垫面状况不同,最适的拟合函数形式也不同（表2）。幂函数中的Allometricl函数对4个观测区风沙流垂直分布拟合都较为理想,决定系数R²都大于0.9。赛因山达地区为戈壁荒漠,地表为沙粒和砾石混合裸地,用Allometricl函数拟合的决定系数R²小于其他观测区,但在四类函数中Allometricl函数拟合程度最好,因此赛因山达风沙流垂直分布宜用Allometricl函数拟合。扎门乌德地区为细沙质裸地,零星分布着低矮灌丛,沙尘水平通量垂直降低速率快,用Belehradek函数拟合程度最好（R²为0.99956）。对乔伊尔地区两个观测点和达尔汗观测区来说,四种函数中以Asymptotic函数拟合程度最好。乔伊尔地区属草原-荒漠过渡区,达尔汗地区属河谷灌丛植被景观,植被盖度较高,因此Asymptotic函数适合植被盖度较高的下垫面。此外,Exp2p函数拟合程度较以上函数都差,并出现了风沙流被限定在一定高度的问题,不符合实际。

Tab. 2
表2
表2各观测区风沙流挟沙垂直分布的最优拟合函数类型和表达式
Tab. 2Optimal fitting function of vertical distribution of sand carried by wind blown sand flow

观测区	函数类型	函数表达式	R²
达尔汗	Asymptotic函数	$Y = 12.32666 + 249.10201 \times 0 . 94034^{x}$	0.99981
蒙古纵贯铁路西	Asymptotic函数	$Y = 59.94231 + 6039.51083 \times 0 . 92932^{x}$	0.99871
乔伊尔气象站	Asymptotic函数	$Y = 40.60512 + 6554.11446 \times 0 . 91921^{x}$	0.99959
赛因山达	Allometricl函数	$Y = 12.9124 x^{- 0.39431}$	0.90281
扎门乌德	Belehradek函数	$Y = 11.92484 {(x - 19.899)}^{- 0.62047}$	0.99461

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4.2 输沙通量的空间差异

本文观测了一个周期年的风沙流输沙量。通过以上最优拟合函数,计算得到5个观测点0~100 cm高度的年输沙通量（图3）。可见,乔伊尔地区两个观测点的输沙通量远远大于达尔汗、赛因山达和扎门乌德,其中达尔汗仅次于乔伊尔,赛因山达最小,乔伊尔、达尔汗、扎门乌德的输沙通量分别为赛因山达输沙通量的近263倍、16倍、3.9倍。但通常认为的风蚀沙化比较严重的蒙古高原南部,反而风蚀量相对较小,而水土条件较好、风蚀沙化较弱的北部河谷地区,而风蚀量较大。因此,近期蒙古高原的风蚀沙漠化情况较传统认知发生了较大变化。

图3

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图3蒙古国南北纵贯铁路沿线风沙流输沙通量的变化

注：乔伊尔气象站为乔伊尔地区另一个测量点。
Fig. 3Variation of wind-blown sand flux along the North to South Trans-Mongolian Railway

4.3 风沙流输沙量的垂直累积分布

已有研究表明^[14],风沙流的水平输移绝大部分都发生在近地表,且大部分通过短距离传输,而降落在地表,只有很少量被传输到更高、更远的地方。对蒙古国纵贯铁路沿线4个下垫面的输沙数据及拟合方程研究发现,在120 cm以上的水平风沙输移量很少,而且风沙流输沙量在不同高度的累积分布比例也不同（图4）,从50％的累积输沙量发生高度范围来看,达尔汗为0~19 cm,乔伊尔为0~13 cm,赛因山达为0~43 cm,扎门乌德为0~25 cm。因此,风沙流输沙大部分在近地表高度范围内输移,近地表风沙流防控是防沙治沙的关键。

图4

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图4风沙流输沙量的垂直累积分布

Fig. 4Cumulative vertical distribution of wind-blown sand flux

4.4 风沙流结构指示的地表蚀积状况

风沙流结构特征值是风沙流的重要指标,被用于判断地表蚀积情况。用风沙流结构特征值来判断地表蚀积,要明确各下垫面的临界转换值。丁国栋^{[3] 87}提出粗糙表面、沙质表面、平滑表面的临界值S_临分别为3.6、3.8、5.6,当S>S_临时为堆积状态,当S<S_临时为风蚀状态,当S=S_临时为蚀积平衡状态。吴正^[2]61改进风沙流的特征值λ,当λ>1时,表明下层沙量处于不饱和状态,气流尚有较大搬运能力,在沙源丰富时有利于吹蚀;当λ<1时,表明搬运沙物质多贴近地面,在地表易形成堆积;当λ=1时为蚀积平衡状态。这两个参数都只能用来近似估算地表的蚀积状况。

乔伊尔蒙古纵贯铁路西、乔伊尔（气象站）和达尔汗用指数函数中Asymptotic函数拟合,赛因山达用幂函数Allometricl函数拟合,扎门乌德采样点用指数函数中Asymptotic函数拟合。通过最优拟合曲线求得各下垫面的0~10 cm的输沙量。计算结果表明,不管是临界值,还是风沙流特征值,蒙古国纵贯铁路沿线各下垫面均呈风蚀状态（表3）。

Tab. 3
表3
表3风沙流结构特征值
Tab. 3Characteristic value of aeolian sand flow structure

特征值	达尔汗	蒙古纵贯铁路西	乔伊尔（气象站）	赛因山达	扎门乌德
S	1.279450	1.360870	1.415073	1.742088	1.322945
λ	6.815857	6.348243	6.066771	4.740237	6.558895

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5 讨论

5.1 不同下垫面风沙流结构的异同点

沙质草原是草原向沙地演化的地区,而乔伊尔所处的荒漠化草原则类似这种景观。研究发现,Asymptotic函数能较好地表达乔伊尔地区水平输沙通量与高度的关系,这与张惜伟等^[27]对沙质草原研究的结果一致。赛因山达输沙量与高度的关系不严格遵循幂、指函数,这与黄雨辉等^[21]研究的戈壁下垫面风沙流出现的“象鼻”效应较为类似,但又有不同。戈壁下垫面多砾石分布,植被覆盖度低,沙粒撞击到硬度较高的地面后弹跳到较高位置,从而形成独特的“象鼻”效应。从沙漠到沙漠-绿洲过渡带和绿洲,三种下垫面的植被高度、盖度和地表粗糙度逐渐增大,地形地貌和土壤特征也发生变化。赵明等^[9]研究了民勤地区这3种典型下垫面的沙尘水平通量,发现沙尘水平输移量随高度呈幂函数分布。Yang Xinghua等^[28]对塔克拉玛干沙漠腹地流沙地近地表风沙流结构进行了研究,发现沙尘水平通量与高度也遵循幂函数关系。与上述****研究的戈壁、沙漠、绿洲等下垫面相比,蒙古国南北纵贯铁路沿线近地表不同下垫面的风沙流结构则不完全相同。

由图4可知,不同下垫面具有不同的风沙流输沙累积百分比,这与杨兴华等^[8]的结论一致。胡平等^[29]提出0~30 cm输沙占总输沙率90%以上,与本文所得结果不完全相同。在本文研究的蒙古国5个下垫面中,仅在输沙强度大的乔伊尔地区的铁路西和气象站观测点,0~30 cm输沙都占总输沙的90%以上,而其余3个下垫面均不符合。

5.2 不同观测区风蚀强度存在差异的原因

相关研究表明^[31,32],风速、沙源供给、沙粒粒径、土壤水分、植被盖度、土壤紧实度等因素均可影响风蚀,其中前两个因素与风蚀呈正相关,其他因素与风蚀呈负相关。乔伊尔地区地形比较平坦,起伏较小,与其他采样点相差不大,而地表沙物质机械组成较粗（粗粒占86.43%）,大于赛因山达（粗粒占81.31%）和扎门乌德（粗粒占77.51%）。通常认为土壤粒径粗、降水多、植被盖度高的地区,风沙活动较弱,风沙流输沙量小。通过3个观测点2019年7月—2020年8月的环境要素（沙源、风速、植被、土壤等）进行综合分析发现乔伊尔地区与赛因山达和扎门乌德相比,土壤粒径粗,降水较多（图5）,沙源丰富,年均风速大,植被盖度较高,但输沙却远大于赛因山达和扎门乌德,这种特殊现象的发生似乎有悖常理,应具有较复杂的原因。深入分析发现,年内风沙活动主要集中在风季,而风季的自然条件差异是这几点输沙差异的关键所在。生长季与风季不重合,生长季植被掩盖了风季的巨大差异。

图5

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图5蒙古国2019年7月—2020年8月的降水分布

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号：GS(2020)4395号）制作,底图无修改。
Fig. 5Precipitation distribution of Mongolia from July 2019 to August 2020

在地下水位较深的地区,土壤表层水分含量可以一定程度上反映自然降水情况。乔伊尔气象站的观测数据表明,在2019年9—10月和2020年3—5月之间,表层土壤含水量与起沙风平均风速呈现负相关,表明大风期间降水较少,表土层相对干燥,地表易于风蚀起沙,从而形成强烈的风沙活动。

地表植被盖度越大,下垫面粗糙度也越大,有利于消耗近地表风能,不利于风蚀起沙。根据GLDAS（Global Land Data Assimilation System,https://disc.gsfc.nasa.gov/)数据库中蒙古国2001—2015年的气象数据,绘制了2020年3—5月蒙古国风速空间分布图（图6）,发现乔伊尔地区风速大于其他观测区,加之此时气温升高、降水少、地表植被盖度低（尚未返青植被受放牧影响）,表层土壤干燥,极易发生风蚀。因此,春季较大风速和较少降水是乔伊尔地区输沙强度远大于其他观测区的主要原因。

图6

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图6蒙古国2020年3—5月风速分布

注：该图基于自然资源部地图技术审查中心标准地图（审图号：GS(2020)4395号号）制作,底图无修改。
Fig. 6Wind speed distribution in Mongolia from March to May

乔伊尔位于蒙古高原典型草原、干草原和荒漠草原的过渡地区^[33],对降水、风速等自然因素变化极为敏感^[30]。根据GLDAS数据库中蒙古国2001—2015年气象数据,对乔伊尔2001—2015年共15 a的气温和降水分析发现,类似2020年春季气温升高而降水减少的现象较多,共有10 a,而扎门乌德仅2 a,赛因山达和达尔汗均为6 a。显然,这与乔伊尔的独特地理位置有关。该区处于太平洋和北冰洋水汽影响尾闾区,气候波动变化大,春季多风且干旱,易发生强烈风蚀。

从1990—2019年蒙古国牲畜数量变化趋势可以发现,蒙古国各地区的牲畜数量都呈增加趋势,而在本文的4个观测区中,乔伊尔地区牲畜增速最快为（0.60~0.75）万头/年,其次达尔汗地区为（0.45~0.60）万头/年、赛因山达为（0.15~0.30）万头/年,扎门乌德最少为（0~0.15）万头/年。因此,高强度的牲畜采食和踩踏也是乔伊尔和达尔汗地区强风蚀发生的诱因。达尔汗地区较强风蚀不仅与过度放牧有关,也与农田开垦有关。达尔汗地区地处自然条件较好的北部河谷区,广泛分布着耕地。在春季大风盛行期间,耕地尚未耕作,表土裸露,加之冬春期间牧群频繁踩踏,土壤抗风蚀能力降低,较易风蚀起沙。

6 结论

以中蒙俄经济走廊华北通道上的蒙古国南北纵贯铁路沿线为研究区,对4个地区的风沙流进行一个周期年的观测,数据分析表明：

（1）风沙流水平输沙量均随高度增加而降低,两者最优拟合函数随下垫面变化而不同,植被盖度较高的达尔汗和乔伊尔为指数函数中Asymptotic函数,而赛因山达和扎门乌德为戈壁荒漠,植被盖度较低,分别为幂函数中的Allometricl函数和Belehradek函数。

（2）各观测区年输沙通量空间分异差别明显,乔伊尔最大,达尔汗其次,扎门乌德再次,赛因山达最小,与传统认知有较大变化。

（3）这种现象的发生与多种因素有关。乔伊尔输沙通量远大于其他观测区,与其所处的海洋气流影响尾闾区的地理位置有关,春季降水量少,干旱发生频率高,且风季风速较大,风蚀强烈;其他观测区风季干旱发生频率相对较低,其中的达尔汗地处北部河谷区,自然条件较好,但由于农田开垦和过度放牧,风蚀也很强烈;扎门乌德和赛因山达春旱时期风速相对较小,且放牧强度较低,风蚀较轻。本文的研究结论可为蒙古国荒漠化剧烈变化提供佐证,也可为荒漠化防治因地制宜开展提供参考。

致谢

衷心感谢专家在论文评审中所付出的时间和精力,评审专家对本文立论依据、研究区典型性讨论、语言表达、结论可信度分析、讨论逻辑梳理等方面的意见,使本文科学性和总体质量大幅度提升。

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