自动连续称重式集沙仪的研制与野外测试

论文摘要

集沙仪是定量监测风沙活动的重要技术手段,现阶段适用范围广、集沙效率高的集沙仪仍以机械型集沙仪为主,但机械集沙仪不能对风沙流进行连续动态观测。本论文研制了一种自动连续称重式集沙仪（Cyclone type Continuous-weigh Sand Trap,简称:CCST）,将其应用于在河北坝上沙地和农田土壤的野外风沙观测试验,同时使用BSNE集沙仪、新型随风式平口集沙仪（New Flat Opening Collector,简称:NFOC）对其性能进行验证,并与Wenglor激光粒子计数器进行对比。研究结果如下:（1）自动连续称重式集沙仪结构包括支架、集沙单元、数据采集器和电源。这种集沙仪可以将多个集沙单元进行不同高度的梯度组合,能够单点采集不同高度沙样,可以根据风向调整进沙口方向,降低观测的误差。自动化程度较高,集沙数据精度较高,能够实现对风沙流的实时连续监测。（2）自动连续称重式集沙仪沙地试验中,15 cm、30 cm和60 cm高度的累加集沙量满足随高度增加呈指数减少的规律,15 cm高度输沙通量与风速的关系满足指数关系,由于脉动风引起的震动造成的震动误差,30 cm和60 cm输沙通量与风速的关系较差,0-60 cm高度的输沙通量和新型随风式平口集沙仪观测结果呈显著的线性相关关系（R2=0.7447）。说明自动连续称重式集沙仪能够很好地捕捉高度在15 cm以下沙物质的输移信息,但随集沙高度的增加风速与输沙通量的相关性变差,说明自动连续称重式集沙仪能够实现野外一定高度内风沙活动的连续监测。（3）自动连续称重式集沙仪农田土壤试验中,5 cm、15 cm和40 cm高度累加集沙量同样满足随高度增加累加沙量呈指数减少的规律,5 cm和15 cm高度输沙通量与风速的关系满足指数关系,由于震动误差的存在,40 cm输沙通量与风速的指数关系较弱,0-40 cm输沙通量也与风速变化一致,并且和BSNE集沙仪所测的输沙通量呈显著的线性相关关系（R2=0.8912）。表明自动连续称重式集沙仪能够很好地对农田土壤风沙流进行动态观测。（4）自动连续称重式集沙仪所测输沙通量与Wenglor激光粒子计数器所测沙粒数进行了对比分析。Wenglor激光粒子计数器所测每分钟通过沙粒数与风速在三块样地上均具有显著的相关性,其中在粒径较粗河滩沙地上相关性最好。试验还分析了三块样地上Wenglor激光粒子计数器所测每分钟通过沙粒数与自动连续称重式集沙仪所测输沙通量的关系,发现二者相关性显著。综上所述,自动连续称重式集沙仪能够很好地捕捉一定高度风蚀物的输移信息,野外应用效果良好,适合野外高精度风沙活动自动监测,应用前景广,但在大风条件下,仍不可避免地存在仪器抖动、增大数据误差的问题,因此需要进一步改进结构。Wenglor激光粒子计数器也是一种适用于野外风沙观测试验的仪器,但需要解决镜片易污染的问题。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔雅臻

导师: 常春平,郭中领

关键词: 风蚀,自动连续称重式集沙仪,野外测试,农田,沙地

来源: 河北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 河北师范大学

分类号: P414

总页数: 42

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