东北地区农田土壤风蚀的数值模拟研究

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我国东北地区由于其气候特点和一年一季的种植方式,除4月到9月份的作物生长季节外,其余时间农田均处于闲置状态,因风蚀所造成的土壤流失巨大,不仅导致农田土壤生产力下降,而且还产生更严重的空气质量问题。本研究以东北地区农田为研究对象,分别在德惠站点和长岭站点进行土壤风蚀观测实验,并利用获取的实验数据本地化了FENGSHA模型的参数,然后利用该模型对东北地区农田土壤风蚀状况进行了数值模拟研究。结果表明:影响农田土壤风蚀活动的因素主要有风速、土壤湿度、土壤质地、地表粗糙度、作物行向等。农田土壤风蚀的强弱与风速呈正相关,与土壤湿度、地表植被覆盖、土壤粗糙度等呈负相关关系。根据观测实验的数据可知,在土壤相对湿度较低的情况下,德惠站点0.5m高度的起沙风速平均为3m/s,2m高度为7m/s,长岭站点0.5m高度起沙平均风速为2m/s,2m高度为6m/s。利用WRF-CMAQ-FENGSHA模型,模拟了2013年5月31日的一次较大风蚀事件,模拟结果与观测结果的相关系数为0.73,不过风蚀活动前期模拟结果值偏低,而风蚀活动中后期模拟结果值偏高,模拟结果基本能反映东北地区农田风蚀状况。通过与2001年4月7日的沙尘暴事件对比,2013年的沙尘排放量明显低于2001年的沙尘排放量,沙尘排放量的最大值仅为2001年最大值的23%。从分布范围上看,2001年较为集中,主要分布在内蒙古沙尘源区,而2013年分布较为分散,主要发生在辽宁和吉林的农田分布区,内蒙古沙尘源区排放量较小,不足0.79g/s。OMI卫星遥感图显示:风蚀活动期间气溶胶光学厚度(AOD)在吉林中部地区浓度值高于内蒙古沙尘源区。分析认为,东北地区5月31日风蚀事件的沙尘排放量在一定程度上受内蒙古沙尘源的影响,但主要还是来源于本地农田的风蚀活动。
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