摘要
乌兰布和沙漠地区风沙灾害严重，荒漠绿洲防护林体系是生态恢复和环境治理措施的重要组成，在防风阻沙、改善人居环境、保护水土等方面发挥着重要作用。本研究以内蒙古磴口县乌兰布和沙漠东北缘荒漠绿洲农田防护林体系作为主要研究对象，通过长时间的野外观测，针对由乔木层和灌木层共同构成的防护林体系，对其内部局域和整体区域的近地表风沙变化进行持续监测;采用三维激光雷达获取样地的地形、植被点云数据，通过构建高精度样地3D模型对防护林体系内部局域的风沙运动特性深入探讨，并基于2座50m高近地面沙尘观测塔的数据，综合评价防护林体系整体区域的防护效益，为防护林体系结构配置和宏观调控建设提供理论依据。主要研究结论如下: （1）不同主风向与防护林体系走向之间夹角的不同，使其内部样地的防护效益也存在差异。通过对防护林体系内部样地的风速变化进行野外观测发现，防护林体系冬季来风方向以西风、偏西风和北风为主。当来风方向垂直于防护林体系总体走向时,防护林发挥着最优的防护效益，此时的防风效能为46％;随着来风与防护林走向之间夹角逐渐减小，乔木层的防护效益逐渐降低，但乔木层高度下方的灌木层逐渐开始发挥作用，灌木层的防风效能逐渐升高至18％。 （2）防护林体系内部各组成成分周围流场及防风效益存在差异。通过对防护林体系内部样地风速变化的模拟研究发现，乔木层和灌木层对周围风速在不同相对位置之间会产生不同作用，灌木在背风面1h处会形成“回流”现象，相邻距离0-2h范围两灌木之间会产生“加速通道”;灌木对风速的削减作用主要集中在其自身冠层高度范围和冠层上方1.5h高度以下，灌木层在其冠层高度范围水平方向和垂直方向产生的平均防风效能为28.6％;“无叶期”乔木层对风速的削减作用主要集中在乔木冠层高度以下，此时干层（2-8m）发挥着最优防风效果，在该高度范围的平均防风效能为41％;在乔木冠层高度以上，由于缺少冠层叶片阻挡，在乔木冠层高度之上1/4H处防风效益开始大幅度减弱。 （3）防护林体系内部局域和整体区域均具备良好的防护能力，内部局域的风场较复杂多变，而整体区域在防风阻沙方面发挥着更稳定、范围更广的防护效果。通过对防护林体系南、北两侧的观测塔进行全年实地观测发现，防护林体系整体区域的主导风向变化受高度影响较小，大风天气多由西风和偏西风为主导风向，风向受季节变化影响较小。风速极值主要发生在春季末、夏季和秋季，而整个防护林体系的最优防风效果发生在春、冬两季。防护林体系整体区域的风速垂直变化满足对数律和指数律模型，且在垂直高度3-4H范围仍具有一定防护效益。防护林体系的总体输沙方向为偏东方向（ENE和ESE），水平沙通量和垂直沙通量随着观测高度增加整体呈减小趋势;防护林体系整体对离地高度4m以下沙通量的影响较为明显，平均折减系数为54％,而对该高度以上的沙通量影响较小。
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