新月形沙丘及新月形沙丘链存在的环境条件——以甘肃河西沙区为例

新月形沙丘是一种主要的沙丘类型,一般存在于沙漠边缘亦即绿洲边缘.环境是新月形沙丘形成和存在的基础,不同环境的风沙活动规律不同.为了揭示新月形沙丘形成和存在的环境条件,文中在对甘肃河西沙区新月形沙丘和新月形沙丘链的分布状况调查的基础上,详细调查了甘肃河西沙区新月形沙丘和新月形沙丘链的形态特征和分布的环境条件,用方差检验了样本之间的差异显著性和指标之间的相关显著性.结果表明:甘肃河西沙区的新月形沙丘及新月形沙丘链均分布在沙漠边缘的下风向,一般为斑块状分布.分布区域为平坦的沙粘质或沙砾质滩地,丘间较为开阔,新月形沙丘上风向平均有246.4m的平坦沙砾质滩地或平坦粘砾质滩地,沙丘下风向平均有374.4m的平坦沙砾质滩地或平均粘砾质滩地;新月形沙丘链的上风向平均有236.6m的平坦粘砾质滩地或平坦的沙砾质滩地,下风向平均有958.1m的平坦粘砾质滩地或平坦的沙砾质滩地.新月形沙丘及新月形沙丘链的分布区都具有明显的主风向,其他方向的风速较小或偶尔有大风但频率较低;甘肃河西地区沙漠边缘的新月形沙丘相对较为高大,新月形沙丘链较新月形沙丘更高更大.分析结果认为,沙丘最高点与沙脊线重合或分离可能与主导风向与反向风的分布频率以及观测的季节有关.     

库姆塔格沙漠南部的风积地貌特征

通过考察结果和TM影像解译,库姆塔格沙漠的东南分布高大的沙山,沙丘形态复杂;南部和西南缘分布有多条南北走向的荒漠沟谷,两岸分布沙垄,高18~65m,垄脊点(金字塔型)线交错,沙垄走向与沟的走向一致,阶地上覆盖一层深色矿物组成的砂砾(粒径3~1mm)。沙漠的中心区域,孤立的新月型沙丘、沙丘链占优势。下伏地形强烈影响着库姆塔格沙漠的风沙地貌形态。沙漠南部的低山、阿尔金山及其山前洪积沟谷形成的沟谷效应,塑造了沙漠南部复杂的地貌形态。沙漠沙丘砂的粒径由南向沙漠中心减小,0.25~0.05mm细砂占80%左右。     

塔克拉玛干沙漠新月形沙丘不同部位的粒度特征

通过对塔克拉玛干沙漠东经84°沿线,北纬38°50′～40°50′之间复合型沙垄垄间平地新月形沙丘的粒度筛析资料分析表明:沙丘沙以极细沙和细沙为主,二者含量达80～90%以上。平均粒径3.34φ。落沙坡脚最细,往迎风坡脚越来越粗。分选程度以沙丘脊部最好,向两坡逐渐较差。沙丘上沙子搬运以跃移为主,该组分含量占90%左右。粗截点2～3φ、细截点4φ左右。地面滚动组分平均含量<6%,悬移组分平均含量<3%。丘间地平均粒径2.94φ,分选也较沙丘差。作为对照,文中还论述了纵向沙垄的粒度特征。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合纵向沙垄间地沙丘空间分形及稳定性

塔克拉玛干沙漠的大地貌格局是高大复合沙垄和宽广垄间地相间分布,而垄间地是研究简单沙丘发育过程的良好试验场地。基于Google Earth影像,以分形理论为基础,对塔克拉玛干沙漠腹地复合纵向沙垄区垄间地上覆沙丘在主导风方向上的分形特征进行了分析,结果表明：① 垄间地沙丘形状指数（面积-周长关系）的标度-频度双对数关系非常显著,分形关系客观存在,并且不受统计时所用标度的影响;② 垄间地各类沙丘的分维值存在差异,其中,饼状沙堆和沙片分维值最大（1.337）,新月形沙丘次之（1.170）,简单线性沙丘最小（1.087）;③ 垄间地沙丘分维值的空间差异较大,在1.187~1.656,其分维数：背风坡脚（1.24）＜垄间地中部（1.40）＜迎风坡脚（1.50）,变异系数为0.106;④ 垄间地沙丘稳定性指数与分维值的空间分布相反,即背风坡脚（0.26）＞垄间地中部（0.16）＞迎风坡脚（0.10）;⑤ 垄间地沙丘分维值空间差异主要与沙丘发育程度有关,其中,风信是动力基础,沙源是物质基础。在流动沙漠,沙丘分形维数可以作为反映其风沙环境特征的定量指标。     

塔克拉玛干沙漠腹地横向沙丘表面紧实度分异特征

沙丘表面紧实度是量化沙丘紧实程度的一个综合性指标,紧实度指标与沙丘的风蚀与堆积成因关系密切,对风成沙丘的形成具有重要意义。基于对塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地的4种简单横向沙丘〔饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD)、新月形沙丘(TCD)〕表面紧实度、容重、孔隙度和平均粒径的测量,通过最小显著差异法(LSD)分析和多重比较,对简单横向沙丘表面紧实度的空间分异特征及其形成机制进行了分析。研究结果表明:1 4种沙丘的沙面紧实度均具有较大的空间差异性,并且此差异性具有方向性,纵向差异性最大,横向差异较小;2 4种沙丘表面紧实度平均值表现为:盾状沙丘饼状沙丘雏形新月形沙丘新月形沙丘,而紧实度空间差异性却表现为:饼状沙丘盾状沙丘雏形新月形沙丘新月形沙丘,最大值和最小值点出现的位置也不同;3沙丘表面紧实度和容重、孔隙度具有很好的相关性,在质地相似的沙物质中,容重和孔隙度均可以作为衡量紧实度的指标。     

少障工程防治格状沙丘前移的风洞实验研究

分析研究表明，格状沙丘主梁是在主风作用下形成的横向新月形沙丘链；而副梁是在两个次主风的共同作用下，在横向沙丘链迎风坡上逆向形成的纵向沙丘。风洞实验和野外预测结果证明，延缓格状沙丘前移，可以在其主、副梁上采用高立式加半隐蔽式沙障，构成复合沙障，利用其抬高阻滞作用而达到目的。     

沙障工程防治格状沙丘前移的风洞实验研究

分析研究表明，格状沙丘主梁是在主风作用下形成的横向新月形沙丘链；而副梁是在两个次主风的共同作用下，在横向沙丘链迎风坡上逆向形成的纵向沙丘。风洞实验和野外观测结果证明，延缓格状沙丘前移，可以在其主、副梁上采用高立式加半隐蔽式沙障，构成复合沙障，利用其抬高阻滞作用而达到目的。     

火星Kaiser陨石坑新月形沙丘近表层风况特征

风沙地貌的形态和分布能够较好地反映区域风况,而沙波纹作为一种小尺度的风沙地貌类型,可以很好地指示现代风况下沙丘近表层的流场状况。文中利用HIRISE影像监测了火星南部Kaiser陨石坑内新月形沙丘表层沙波纹的形态特征,并以此探讨分析了沙丘近表层的气流场特征。结果表明:(1)沙波纹的脊线长度主要分布在100-300m之间,平均长度为190.3m;波长主要分布在2-5m之间,平均波长为3.1m,且基本符合正态分布。(2)三处样地沙波纹的主要走向分别为NE-SW、N-S和NW-SE,与沙丘脊线走向呈近似90°的夹角。(3)沙丘近表层气流的走向主要为NW-SE、W-E和SW-NE,并由此推断陨石坑内沙丘主要受到自西向东气流到控制,在遭遇地形影像后又向西发生了折返。上述研究表明沙丘形态及其分布的区域差异性是在复杂的风沙环境下形成的,沙波纹可用作沙丘近表层风况特征研究的代用指标。     

新月形沙丘顶点与沙脊线重合和分离的两种过程——以甘肃河西走廊沙区为例

为了揭示新月形沙丘顶点与沙脊线重合和分离的两种过程,对甘肃河西走廊沙区绿洲边缘的新月形沙丘进行了调查观测,并在民勤绿洲边缘新月形沙丘上进行了流场观测。结果表明:1新月形沙丘的顶点与沙脊线的重合和分离两种过程交替进行,春季≥5 m·s~(-1)的NW风是沙丘顶点与沙脊线重合的主要原因,夏季≥5 m·s~(-1)的SE风是沙丘顶点与沙脊线分离的主要原因。重合的过程也是沙丘前移的过程。2沙丘顶点与沙脊线重合时,沙丘顶点的风速大于上风向旷野风速;沙丘的顶点与沙脊线分离且当旷野风速≥8 m·s~(-1)时,沙丘顶点至沙脊线之间的风速小于上风向旷野风速。3从沙丘迎风坡底部到沙丘顶部,中沙增多细沙减少;沙丘各部位的细沙粒度与≥2 m·s~(-1)的风速正相关,中沙粒度与≥2 m·s~(-1)风速为负相关;沙丘各部位粒度的不确定性是由两个相反方向的风沙流过程造成的,此过程与沙丘顶点与沙脊线重合和分离两种过程的交替进行是对应一致的。     

塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄区简单横向沙丘形态特征的空间变异

为了探讨小尺度风沙地貌形态的空间变异过程,对塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄横断面上简单横向沙丘形态特征进行了研究。沙丘形态野外测量采用RTK(real-tim e k inem atic)技术,并通过南方测绘软件(South Survey)量算形态特征参数。结果表明:简单横向沙丘形态特征参数及其相互关系具有空间变异性。在8个地貌部位之间,沙丘形态特征参数(不包括迎风坡度)存在显著性差异,主要体现在:垄顶、沙垄背风坡、其他地貌部位(包括垄间地和沙垄迎风坡)三者之间的差异。地貌部位、输沙风强度以及沙丘活动强度是驱动沙丘形态空间变异的因素。沙丘高度与翼展度余弦有负对数关系,发育指数与高度、迎风坡度成负线性相关,这些相关性的显著程度在垄顶、背风坡较高,在垄间和迎风坡较低。     

简单横向沙丘表面物质组成、气流分布及其在动力学过程中的意义

对简单横向沙丘的形态特征、气流、表面以及被输移的沙物质组成的观测和分析表明 ,沙丘形态特征和表面物质组成的分异是导致沙物质在迎风坡坡脚不能沉积并向下风向输送的主要原因。对沙丘背风坡气流观测表明 ,在沙丘背风坡贴近地面的一定高度气流仍能保持一定的强度 ,其输沙方向与沙丘走向近似于垂直 ,并有相当强的输沙能力 ,但其作用被限制在背风坡范围内 ,这对保持沙丘形态有重要的作用。在野外风沙观测中气流的湍流和波动被忽略 ,平均风速并不能完全反映野外气流的性质。在低 -中强度风沙活动过程中 ,被输送的沙物质的粒度组成与下垫面物质有明显的差异 ,被输送沙物质的平均粒径小于下垫面沙平均粒径 ,输沙过程是一典型的随机过程。特定区域内 ,一定粒径范围内的沙物质不断被堆积而形成沙丘 ,经过一系列的动力学过程 ,最终形成处于动态平衡的区域沙丘地貌分布格局     

塔中地区不同类型沙丘浅层地温观测

2009年8月3～10日,通过对塔中地区流动沙丘和人工固定沙丘的地温测量,获得了不同深度的地温数据:①夏季无论人工固定沙丘,还是流动沙丘表面地温的日较差都很大,日较差随着深度的增加逐渐变小,特别在沙丘20 cm深度处,地温的日较差较小;②人工固定沙丘在相同深度的温度要比流动沙丘低;③在夏季地温和气温差值较大,出现了一年...     

民勤沙区不同稳定性沙丘植被生境条件研究

固定、半固定和流动沙丘生境条件测定结果表明：固定沙丘优势种均生长不良,枯梢、死亡普遍,其伴生植物的种类和密度均很小;沙丘水分条件决定了其生境条件,固定沙丘水分条件最差亦即生境条件最差;固定沙丘和半固定沙丘表面易形成粘粒、粉粒结皮,其表土层田间持水量大,影响降水下渗;固定沙丘表面田间持水量大是影响降水下渗的关键,其沙丘表土层粘粒、粉粒含量高是导致其田间持水量大的关键。其伴生草本植物密度并不随表土层田间持水量大而增加的原因,主要是由于当地降水少、气候干燥、表土层土壤水分易蒸发损耗所致。     

古尔班通古特沙漠边缘春秋季沙丘水分状况初步研究

古尔班通古特沙漠边缘植被破坏严重,沙丘活化明显,是新疆干旱区植被恢复的重点地区之一,当地降水稀少,其沙丘的水分状况便成为植被生存和恢复过程的关键条件,为掌握古尔班通古特沙漠边缘流动沙丘和固定沙丘不同部位的水分状况,从2003年3月到10月植物生长期内利用中子仪进行连续监测的结果表明:沙丘含水量月变化与月降水量分布相一致;流动沙丘0-30cm的含水量低于固定沙丘,而其它各层都高于固定沙丘;流动沙丘含水量从上部到下部依次升高,而固定沙丘则并无此规律;流动沙丘中部和下部稳定湿沙层处在距沙丘表面60cm以下,且厚度超过100cm,固定沙丘稳定湿沙层只存在于沙丘中部距沙丘表面60~150cm深度范围内,其厚度不超过100cm。     

Influence of salinity and moisture on the threshold shear velocity of saline sand in the Qarhan Desert,Qaidam Basin of China: A wind tunnel experiment

Determination of the threshold shear velocity is essential for predicting sand transport, dust release and desertification. In this study, a wind tunnel experiment was conducted to evaluate the influence of salinity and moisture on the threshold shear velocity of saline sand. Saline sand samples (mean particle size of 164.50-186.08 μm and the total silt, clay and salt content of 0.80%-8.25%) were collected from three saline sand dunes (one barchan dune and two linear dunes) in the Qarhan Desert, Qaidam Basin of China. Original saline sand samples were placed in two experimental trays for wet and dry processing to simulate deliquescence and desiccation, respectively. Surface moisture content ranging from 0.30% to 1.90% was generated by the steam method so that the saline sand can absorb water in a saturated water vapor environment. The motion of sand particles was determined by the observers with a solid laser. The laser sheet (0.80 cm thick), which was emitted by the solid laser, horizontally covered the sand surface and was bound to the sand. Results show that the cohesion of saline sand results from a combination of salt and water. The threshold shear velocity increases exponentially with the increase in crust thickness for the linear sand dunes. There is a positive linear correlation between the original moisture content and relative threshold shear velocity. The threshold shear velocity of dewatered sand is greater than that of wet sand with the same original moisture content. Our results will provide valuable information about the sand transport of highly saline soil in the desert.     

利用红柳沙包沉积纹层揭示罗布泊地区近现代的气候变化

罗布泊地区红柳沙包落叶中TN、K+和Na+含量与6～8月平均气温呈正相关;δ13C、TOC含量与9～10月平均空气相对湿度呈显著负相关,K+、Ca2+、Mg2+含量与其呈显著正相关;所有气候代用指标与6～8月降水总量相关性都较差。依据选择的显著相关因子,重建了罗布泊地区近160多年来的6～8月平均气温序列,9～10月平均空气相对湿度序列。结果显示:6～8月平均气温变化经历了1841～1854年、1867～1912年、1937～1960年和1995～2005年的偏暖期以及1855～1866年、1913～1936年和1961～1994年的偏冷期;9～10月平均空气相对湿度变化经历了1841～1884年、1900～1910年和1954～1986年的偏干期以及1885～1899年、1911～1953年和1987～2005年的偏湿期。     

Vegetation dynamics and its response to climate change in Central Asia

The plant ecosystems are particularly sensitive to climate change in arid and semi-arid regions. However, the responses of vegetation dynamics to climate change in Central Asia are still unclear. In this study, we used the normalized difference vegetation index(NDVI) data to analyze the spatial-temporal changes of vegetation and the correlation of vegetation and climatic variables over the period of 1982–2012 in Central Asia by using the empirical orthogonal function and least square methods. The results showed that the annual NDVI in Central Asia experienced a weak increasing trend overall during the study period. Specifically, the annual NDVI showed a significant increasing trend between1982 and 1994, and exhibited a decreasing trend since 1994. The regions where the annual NDVI decreased were mainly distributed in western Central Asia, which may be caused by the decreased precipitation. The NDVI exhibited a larger increasing trend in spring than in the other three seasons. In mountainous areas, the NDVI had a significant increasing trend at the annual and seasonal scales; further, the largest increasing trend of NDVI mainly appeared in the middle mountain belt(1,700–2,650 m asl). The annual NDVI was positively correlated with annual precipitation in Central Asia, and there was a weak negative correlation between annual NDVI and temperature. Moreover, a one-month time lag was found in the response of NDVI to temperature from June to September in Central Asia during 1982–2012.     

采煤塌陷对固定沙丘土壤水分动态的影响研究

通过对毛乌素沙地东南边缘沙地采煤塌陷对固定沙丘的水分时空动态分布规律影响的研究表明,沙土含水量的时空变化与降雨季节和降雨量有密切关系。沙丘0-80cm土层为土壤水分受降雨影响的活跃层,其中0-40cm土层变化最为明显。沙丘的迎风坡和坡顶含水量低于沙区的其他部位,但受沙丘高度以及植被和土壤质地的影响这种差异并不明显。在沙区采煤引起的地表塌陷对土壤水分的时空变化影响较小。