敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境

[目的]探究敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物粒度特征及沉积环境,为敦煌沙漠绿洲过渡带的生态恢复以及有效控制风沙灾害提供必要的理论依据。[方法]运用对角线法对敦煌沙漠绿洲过渡带地表沉积物进行采样,采用矩值法计算粒度参数,分析其粒度空间分布特征以及沉积环境。[结果](1)研究区地表沉积物粒级极粗砂和极细砂含量较少,沙漠和绿洲分别以粗砂和细砂为主,过渡带以中砂为主,沉积物粒径自沙漠到绿洲呈现明显减小的趋势;(2)3条样带的分选性都较好,相比而言,沙漠的分选性最好,过渡带次之,绿洲最差;(3)偏态除绿洲属于正偏外,沙漠和过渡带都属于近对称分布,频率曲线峰型都是平顶峰,说明不同沉积物粒级对风力作用响应的差异性。[结论]敦煌绿洲的沙以风成环境为主,鸣沙山主要为河湖沙或河流冲积沙,过渡带混合有风成沙和河湖或河流冲积沙。     

新疆策勒县沙漠-绿洲过渡带风沙流结构及输沙粒度特征

[目的]为了分析3个不同下垫面近地表风沙流结构差异及输沙粒度特征,为输沙模型的建立提供理论依据。[方法]对策勒绿洲—沙漠过渡带风速梯度和输沙率进行野外观测,采用拟合函数回归方法分析。[结果]在0—200cm高度范围内,流沙地近地表输沙率或输沙通量与高度服从指数函数或对数函数关系,且拟合程度较高;半固定沙地近地表输沙率或输沙通量随高度服从指数函数关系,拟合程度中上等,稍差于流沙地;固定沙地输沙率随高度变化服从多项式函数关系,拟合程度中等—差。[结论]平均风速较大时,流沙地、半固定沙地地表输沙率或输沙通量随高度变化多服从指数关系,且拟合程度好于平均风速较小的输沙阶段;近地表跃移、蠕移沙粒无论在垂向还是在水平方向上,离地表越高或离绿洲越近其各高度输沙率和沙粒平均粒径都有变小和变细趋势,在水平方向上流沙地输沙沙粒分选性依次好于半固定沙地、固定沙地,分选性多属于中等或中等偏上;所有输沙沙粒的偏度值分布在-0.06~0.05之间,越靠近绿洲输沙沙粒越细;所有跃移、蠕移沙粒峰态值分布在0.92~1.05之间,属于中等峰态。     

策勒绿洲-沙漠过渡带风沙活动强度的空间分布特征

通过对策勒绿洲-沙漠过渡带及绿洲内部4个不同下垫面2010年11月-2011年10月1年内2m及10m高度的风况及输沙势对比分析,结合过渡带地表实际风沙蚀积变化情况得出结论:沿主风向从流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2m高合成输沙势依次为26.21,1.91,3.44,0.007 4VU,10m高合成输沙势分别为54.37,31.53,28.65,2.40VU,从流沙前沿经半固定沙地、固定沙地到绿洲内部随着地表植被覆盖度的增加及绿洲内部防护林网的防护作用增强,各下垫面风力、输沙势及合成输沙势逐渐减弱,流沙地地表表现为强烈的风蚀,并伴随流动沙丘前移,半固定沙地由于高密度的高大柽柳沙堆影响整体呈现大量的风沙堆积,绿洲边缘固定平沙地由于天然植被覆盖度较好,地表整体呈现轻微的蚀积变化,而在绿洲内部由于多条防护林网防护作用及地表较好的土壤水分条件,绿洲内部很少发生地表风蚀。2m高的输沙势自流沙前沿至绿洲内部较10m高的输沙势降低明显,说明了过渡带近地表的天然植被及绿洲防护林网对近地表风力削弱程度远远大于10m高的地表旷野空间,其具有良好的防风阻沙作用,更能代表近地表的风沙活动强度变化。     

新疆策勒绿洲—沙漠过渡带风沙运动沙尘物质粒径分形特征

新疆策勒绿洲—沙漠过渡带风沙活动频繁,对其近地表风沙运动规律的研究具有重要意义。采用实验测定分析、线性回归分析、相关统计分析等研究方法,对策勒绿洲—沙漠过渡带不同地貌部位表面及近地表输沙和降尘物质粒度及粒径分形特征进行了研究。结果表明:策勒不同风沙运动形式沙尘物质组成主要为极粗粉砂和极细砂,大气降尘物的粗粉砂含量偏高,分形维数介于0.25~2.25;五种沙尘物质平均分维值介于1.03~1.67,灌丛沙堆表面沙物质粒径分形维数平均值最大,其次依次为大气降尘、裸平沙地、地表输沙物质和流动沙丘的沙尘物质,标准偏差值大小变化趋势与之相反。灌丛沙堆表面沙物质的粒径分形维数与沙物质平均粒径、分选系数等指标呈显著线性相关性,流动沙丘表面沙物质平均粒径的分形维数与粒度参数之间线性相关性不显著。灌丛沙堆、流动沙丘、地表输沙物质的黏粒含量与分形维数均呈极显著正相关性(p0.01),灌丛沙堆与地表输沙物质的砂粒级含量与分形维数呈显著负相关,大气降尘物的粉砂含量与分形维数呈显著负相关(p0.05)。流动沙丘表面沙物质的粉砂和砂百分含量与分维值无显著相关性。沙物质的粒级组成、运动形式、植被覆盖度、风力及地形等均是导致绿洲—沙漠过渡带沙尘粒度及分形特征差异的主要原因。     

巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况及输沙势特征

[目的]起沙风和输沙势特征是评估区域风能环境的关键指标。分析巴音温都尔沙漠东北缘起沙风风况和输沙势变化特征,揭示该地区近地层风动力特点及风沙活动强度,评估区域风能环境状况,为研究区风沙运动研究和科学防沙治沙工作提供理论依据。[方法]基于巴音温都尔沙漠东北缘气象站2017—2021年的风况数据,系统分析了该区域起沙风风况和输沙势变化特征。[结果](1)该地区年均起沙风频率为43.70%,平均起沙风速为7.57 m/s,二者均以春季最高。不同季节和年均起沙风均以偏西(W,WSW,SW)和偏南(S,SSE,SE)风向为主。(2)年均输沙势(DP)为68.36 VU,合成输沙势(RDP)为29.39 VU,风向变率指数(RDP/DP)为0.43,合成输沙势方向(RDD)为91.33°,春季输沙势(DP)和合成输沙势(RDP)显著高于其他季节。(3)研究区起沙风平均风速对输沙势的影响大于起沙风频率,风沙活动强度主要由风速大小决定。[结论]巴音温都尔沙漠东北缘整体属于低风能环境,地表沙物质全年向东输移,春季是最主要的风沙活动期。6月是人工防护林建设和飞播造林治沙的关键时期,建议栽植防护林和飞播种子...     

腾格里沙漠东南缘风沙环境及其对交通干线生态防护体系的影响

[目的]研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的输沙势和最大可能输沙量的空间分布及变化规律,为包兰铁路风沙防护体系的维护及管理提供数据支撑。[方法]利用该地区1980—2010年的气象资料,探讨该区域多年来降水、风况、气温、输沙势等环境因子的变化趋势。[结果]该区域降水年际波动较大,且具有阵性特征;春夏两季的起沙风频率占全年总量的72.3%,主导风向为WNW-NNW和NE-E两组,大风多集中在春季;区域最大可能输沙量和输沙势具有较好的相关性。[结论]结合包兰铁路沙坡头段风沙防护体系现状,后期可以考虑将体系结构设置为A字形,以取得更好的防护效果。     

乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点,基于磴口生态站近地层(0~50 m)风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据,分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下:1)过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大,风速廓线特征可用幂函数表示;过渡带风速显著高于绿洲内风速。2)过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少,其分布特征遵循幂函数关系;过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内,说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用;过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系,而绿洲内二者之间为指数函数关系。3)在春、夏、秋、冬季,过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小;春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节,其次为夏季,秋季和冬季相对较低;一年四季中,过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。     

平坦沙质地表蚀积量计算模型研究

通过对平坦沙质地表蚀积动态的野外观测,结合同时期区域风况资料,分析了平坦沙质地表蚀积过程。在输沙势和最大可能输沙量计算公式基础上,调整参数提出了平坦沙质地表蚀积量的计算模型,弥补了两者不能直观准确表示区域风沙活动的缺点。通过对比野外实测值与输沙势、模型预测值和最大可能输沙量之间的变化趋势得出它们存在同期波动特征。进一步比较回归方程可知,模型预测值回归方程更加显著,预测值更加接近实测值,能够更好地表示区域风沙活动特征和强度,可为沙漠的扩张和收缩提供量化预测依据。     

近地表风沙流结构对过渡带不同下垫面的响应

在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲—沙漠过渡上选取流动沙地、半流动沙地和固定沙地3个典型下垫面,利用梯度集沙仪测定其近地表10cm的风沙流结构。结果表明,流动沙地地表0~1cm的沙粒百分含量随着风速的增大而减小;2~10cm的沙通量随着风速的增大其百分含量增加,1~2cm的沙通量存在一个稳定层,幂函数、指数函数和对数函数均能较好地反映其沙通量垂直分布特征,并可以利用风沙流结构来判定地表的蚀积状况;半固定和固定沙地地表由于受到植被盖度影响,其风沙流结构特征表现为近地表0~1cm沙通量较流动沙地少,2~10cm的沙通量百分含量较多,且每层沙通量与风速的相关性较差,稳定层在植被盖度的扰动下抬高或者消失,对数函数能较好地反映其风沙流结构特征,地表蚀积状况不可用现存风沙流结构地表蚀积公式来判定。     

塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的风动力环境

输沙势是衡量一个地区风沙活动强弱的重要参数。为了更好地了解塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的沙粒运移状况,为沙尘暴预防与治理提供科学依据,通过地表土壤湿度修订出每个月的临界起沙风速以替代以往的一个经验值,进而以塔中气象站所提供的2006—2012年风速和风向数据为基础,研究了塔中地区的输沙势分布特征。结果表明:(1)起沙风风向主要分布在ENE,NE及E这3个方向上。(2)输沙势主要集中在春夏季。春季年平均合成输沙势分别为71.3VU,合成方向为31°;夏季年平均合成输沙势为59.7VU,合成方向为70.7°;冬季最小,合成输沙势仅为1VU。(3)春、夏、秋、冬方向变率指数都相对较大,说明塔中地区的风况较为单一。(4)春、夏、秋、冬4个季节的输沙势主要集中在ENE,NE及E这3个方向上。     

Key Role of Desert–Oasis Transitional Area in Avoiding Oasis Land Degradation from Aeolian Desertification in Dunhuang,Northwest China

The survival of oasis is partially determined by the evolution of desert–oasis transitional area (abbr. DOTA) characterized by fragile and unstable environments. This study reveals the function of DOTA in avoiding oasis land degradation from its aeolian environments based on the detailed wind data, in situ observation of wind‐blown sand and granular characteristics of surface sediments from desert to oasis. Results indicate that the DOTA has buffering function in slowing down aeolian desertification in oasis. Additionally, the annual mean wind speed reduces 40·8% from desert to DOTA area but up to 92·8% from desert to oasis. The frequency of sand‐laden wind, drift potential and sand transport all decrease following the section from desert to oasis while surface roughness increases. And the granular characteristics of surface sediments show that the weight percentage of coarse sand decreases but fine sand increases along the section from desert to oasis. This paper reveals that the aeolian environments are of great difference between desert and DOTA and the significant role of DOTA in protecting oasis. Integrated sand control system needs to be settled in the DOTA to strengthen its buffering function. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

塔克拉玛干沙漠腹地自然沙面与人工绿地不同季节局地气候的差异性

[目的]开展塔克拉玛干沙漠腹地自然沙面与人工绿地不同季节局地气候差异性研究,通过观测数据的解析,反映出沙漠与绿地区之间小气候变化的互馈机制,为沙漠区域人工绿地的可持续发展提供理论支持。[方法]利用塔克拉玛干沙漠腹地流动沙丘—人工绿地不同下垫面4个气象站的同步加密观测资料,分析自然沙面与人工绿地的小气候特征差异,初步探讨产生这些差异的原因。[结果]沙漠区对气温的升降速率响应快,绿洲区对气温的变化幅度响应显著;四季在增温时段绿洲相对于沙漠属冷岛,降温时段属热岛;夏季比湿最大,冬季最小,绿洲区相对于沙漠区在秋季湿岛效应持续时间最长,强度最大;春、夏、秋季凌晨至日出时段,绿洲上游边界呈现湿岛效应特征,绿洲下游边界四季全天均表现为湿岛效应;沙漠区域风速日变化极值出现时间早于绿洲区,风速变化范围沙漠区最大,绿洲区最小,在春、夏季,绿洲核心区风速递减率大于绿洲上游边界。[结论]下垫面的差异对小气候影响是十分显著的,绿洲区存在较强的"冷岛效应"和"湿岛效应"。     

乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征及风沙活动观测

为明确乌兰布和沙漠沿黄河区域下垫面特征与风沙活动特点,该文对该地区的沙丘形态、粒度特征、风速、输沙率与风沙流结构及其相互关系进行了野外调查与室内分析。结果表明:研究区横向沙丘平均宽-高比约为12.75。沙丘表面平均粒径与分选系数呈现出由丘间地至落沙坡逐渐减小的趋势,偏度则呈现出增大趋势。沙丘各部位粒度累计分布曲线均为正偏、单峰态分布。在净风与起沙风环境下,仅丘间地与沙丘顶部风速廓线呈对数形式分布;迎风坡坡脚处风速廓线多呈幂函数分布;落沙坡与背风坡坡脚处风速廓线分布形式不统一。无论在高风能环境下还是低风能环境下,从丘间地至背风坡坡脚,沙丘断面近地表风速呈减小(至迎风坡坡脚),增大(迎风坡坡脚至丘顶),再减小(丘顶至落沙坡),再增大(落沙坡至背风坡坡脚)趋势。沙丘顶部是风沙活动最为强烈的部位,沙丘各部位90%以上的输沙量集中到10cm高度以下;沙丘各部位的风沙流结构均服从三次函数分布。最后,该文针对该区域下垫面与风沙活动的特点和危害,提出相应的防治对策,以期对该区域风沙危害的防治提供参考。     

近地层沙尘水平通量与集沙效率野外观测分析

沙漠是沙尘物质的重要源区,沙漠近地层沙尘水平通量的测量与研究是认识沙尘输送过程、评估风沙活动强度的基础。集沙仪是测量沙尘水平通量的最重要手段之一,被广泛应用于各种观测试验中。集沙效率是集沙仪最重要的参数,是校正沙尘水平通量测量数据的依据。选择塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的典型平沙面为观测点,利用全自动高精度集沙仪,H-11B型Sensit风蚀传感器、10 m气象塔,于2010.7-2010.8月开展了野外观测试验,基于观测数据对全自动集沙仪的集沙效率、近地层沙尘水平通量进行了分析研究。结果表明:相同时段内,集沙总量与Sensit风蚀传感器所记录的跃移颗粒数具有较好的线性关系,R~2值平均为0.6053;全自动集沙仪在5 cm高度上的平均集沙效率为94.3%;观测期间,不同沙尘天气过程的沙尘输送量存在显著差异,通过宽2 cm×高5 cm截面的最大沙尘水平通量为190.335 kg,最小为1.2 kg;5 cm高度上的跃移输沙率总体上随着风速的增加而增大,但其中有部分天气时段输沙率随风速的变化不一致,而此情况下对应时段的地表温度明显更大。     

沙漠地区三种风沙侧向输导工程的数值模拟

[目的]研究沙漠地区交通线路周围侧向输导工程的风沙流场规律,为侧向输导工程的应用提供理论基础。[方法]基于新疆维吾尔自治区哈密市了墩地区风信数据和CFD三维数值模拟,建立不同工况对3种侧向输导工程的风沙流场进行对比分析。[结果]3种侧向输导工程由于结构的不同,风沙流通过开放式羽毛排的排间间距进行侧向输导,封闭式羽毛排和一字排则在排前进行输导。3种侧向输导工程流场作用区域都由输导区和减速区构成,但开放式羽毛排的减速区面积明显小于封闭式羽毛排和一字排。风速较大沙源丰富应使用一字排,风速较大沙源一般应使用开放式羽毛排,风速一般沙源丰富应使用封闭式羽毛排。[结论]侧向输导工程可以对风沙流进行有效输导,不同类型的侧向输导结构适用于不同的工况。     

两种不同配置灌木林防风固沙效益

[目的]探讨退化梭梭(Haloxylon ammodendron)林和仿真灌木+梭梭灌木林对风沙流的风速、输沙通量及其沙粒的分布影响,为干旱区退化的防风固沙林功能恢复和建立提供参考。[方法]同时测定不同高度下裸沙地、仿真灌木+梭梭林和梭梭林的风速、输沙通量及其沙粒径,比较分析其风速消减率、输沙通量变化及沙粒度随高度分布。[结果]在风速3.0~8.9m/s范围,仿真灌木+梭梭林内的20cm高度的风速平均削减率达到61.35%。梭梭林的输沙通量是仿真灌木+梭梭林的1.5倍,裸沙地平均输沙通量是仿真灌木+梭梭林输沙通量的4.13倍。梭梭林与仿真灌木+梭梭林的输沙通量随高度变化都呈指数递减,其风沙流含沙量及沙粒度的空间变化在10cm以下较大。[结论]仿真灌木+梭梭林降低了林地风沙流中黏粉粒(≤0.02mm)向空气中输送量,改变了风沙流的沙粒度空间结构,迫使风沙流的输沙集中在较低层。     

青海省共和盆地沙漠化驱动机制

[目的]研究青海省共和盆地沙漠化的形成和发展过程,探讨沙漠化形成机制,为共和盆地生态环境治理提供科学依据。[方法]利用Google Earth和ArcGIS分析不同区域的沙漠化分布特征;通过6期遥感卫星影像解译比对,对沙丘移动速度和古沙丘活化速度进行监测;并利用SPSS对共和盆地气温、降水、风速和牲畜数量进行分析;结合野外调查、实验室粒度分析、地层分析,研究沙漠化的形成过程。[结果]共和盆地流动沙片分布广泛,发育有大量雅丹地貌,沙漠化土地呈斑块状、条带状交错分布。地层分析显示,固定沙丘的表层覆盖有厚度不一的粉沙土,其下为松散古风成沙。土地沙漠化的主要形式是固定沙丘活化、河湖相细沙外露、固定沙带及古沙丘活化。[结论]有胶结作用的粉沙土是古风成沙的保护层,而食草动物的践踏是破坏保护层的主要原因。在动物破坏、风沙流及重力侵蚀作用下,粉沙土层崩塌破坏,更多古风成沙暴露,此过程循环往复,造成沙丘活化,形成风蚀坑,是共和县沙漠化形成和发展的主要过程。