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。     

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。     

西北干旱荒漠区典型露天煤矿不同下垫面风沙流特征

为揭示西北干旱荒漠区露天煤矿风蚀特征，选取该区域内具备代表性的典型露天矿区，对其不同场地下垫面进行分析，通过野外实地监测，分析了矿区不同下垫面风沙流特征。研究结果显示：随高度增加，块石植被低覆盖干燥（RLd）下垫面风沙流输沙量垂向特征表现为先依次递减后增加，其余下垫面则总体表现为随高度增加而减少；0.2 m为风沙流的主要输移层，砾石覆盖度、植被覆盖度与地表湿润度的增加，会有效降低风沙流水平通量。近地表土壤结构受大型机械循环作业活动变的疏松、风蚀物质粒径减小，同时因自身地表干燥，研究区近地表土壤风蚀可蚀性增加；水平通量在风季时期因人为干扰作用，沙尘加快了运移。在车工机械的影响下，矿内生产活跃区下垫面风沙流空间结构特征较其他下垫面出现向高层偏移的现象，主要开采区域风蚀程度严重，且人为干扰程度越强，偏移现象越明显。矿区周边沙地下垫面水平通量较大，地表可风蚀性质较强，受研究区盛行风及人为采矿导致地表凹陷等因素影响，该区域是矿区大粒径风蚀物质的主要来源地。因地表湿润度与植被覆盖度的增加，部分下垫面风沙流结构最优关系式为指数函数的形式，表现为随高度增加输沙量变化较急剧，其余下垫面风沙流结构最优关系式函数类型为幂函数。矿内主要开采活跃区下垫面的输移物质主要为极细粉沙，且主要粒径组风蚀物影响范围超过1.5 m，是造成露天矿区能见度下降的主要原因。研究成果可为西北干旱荒漠区露天矿区沙害防治提供理论依据和科技支撑。     

宁东能源工业基地表层土壤粒径分布、养分、重金属含量与大气降尘的关联性

[目的]研究宁东能源工业基地大气降尘携带的营养物质、重金属与土壤养分、重金属含量之间的关联性,为该区域的土壤利用和环境保护提供科学依据。[方法]本研究在宁东能源工业基地马莲台电厂主导风向下风向采集不同距离的表层土壤和大气降尘样品,分析土壤和降尘样品的粒径组成、分形维数以及6种重金属(Zn,Cu,Cd,Cr,Pb,Ni)的空间分布特征及其潜在生态风险;利用Pearson相关性分析法对表土与大气降尘中重金属含量的相关性进行探讨。[结果](1)宁东能源工业基地大气降尘的成分来源复杂,包括了自然源和人为源降尘。其中自然源降尘主要来自于境内沙尘,主要成分为石英、方解石、斜长石、绿泥石和高岭石等。人为源降尘则主要源自燃煤烟尘,主要成分涉及Ag,Cr,Pb,Co,Mn,As,Cu和二硫化硅以及多环芳烃化合物(PHAs)等。(2)大气降尘和表土的粒径分布曲线在不同距离上均呈非正态性及双峰和多峰分布,说明大气降尘和表土颗粒组成具有多源性。(3)大气降尘和表土综合潜在生态风险指数表明,距离污染源越远降尘中重金属的生态风险指数越大,而土壤中重金属的生态风险指数越小。Pearson相关分析分析表明,表土与大气降尘中Cr和Cu两种重金属元素具有一定的正相关性。(4)大气降尘携带的营养物质沉降到地表改变了土壤的养分供给,尤其是有机质的增加量最为显著。[结论]宁东能源工业基地大气降尘成分复杂,对土壤组成有显著影响,且增加了其潜在生态风险指数,尽管其颗粒粒径组成、分布、养分、重金属含量与大气降尘的关联性相对较弱,但其累积效应仍然值得关注。     

策勒绿洲天然环境中几种乔木叶面滞尘特征

基于对策勒地区12种乔木天然环境中叶面滞尘和大气降尘的测试分析,揭示了不同乔木叶面对自然沙尘的滞留特征。结果表明:不同的乔木叶面滞尘能力有所差异,其中新疆杨、苹果、红枣和核桃的叶面滞尘能力相对较强(7~18g/m~2),而银白杨、胡杨、梨树、沙枣、杏树、榆树、灰杨和桑树的叶面滞尘能力相对较弱(2~7g/m~2)。不同乔木叶面滞尘均为单峰态粒度分布,众数、均值、不同粒级组分含量等差异较大,且区别于研究区大气降尘双峰态粒度分布特征,表明植物叶面对大气降尘具有选择性滞留的特点。叶面滞尘能力较强的,其倾向于滞留较粗的颗粒(砂含量较高),而叶面滞尘能力较弱的,则倾向于滞留较细的颗粒(粉砂和粘粒含量相对较高),表明植物叶面滞尘能力与叶面滞尘颗粒粗细呈一定的相关关系。综合分析发现,植物各种生理特征共同作用,是叶面滞尘能力及滞尘粒度特征主要的影响因素。     

民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面条件的土壤风蚀特征

为了研究不同下垫面对土壤风蚀特征的影响,根据2009年4月19日、4月22-23日及4月30日3次沙尘事件的实际观测数据,对民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面土壤风蚀特征进行了试验研究。试验结果表明,民勤荒漠绿洲过渡带各地表挟沙气流中输沙量沿垂线分布呈上段符合传统的指数递减分布规律,而近床面区35cm以下的输沙量较对应的指数分布函数预测值偏大;流沙地表90%以上的输沙量集中在近地表15cm以内,白刺灌丛沙包地带、草方格固沙带及草方格前沿芦苇荒漠带输沙量的80%左右集中在距表35cm高度范围内;不同下垫面条件对风蚀物颗粒大小分布规律的影响主要集中在近地表气流层15cm范围内,而对35～125cm高度范围内风蚀物颗粒粒径大小的影响主要在各粒径颗粒的体积分数上。风在草方格固沙带的搬运能力最弱,白刺灌丛沙包带其次,再次为芦苇荒漠带,在沙丘顶部的搬运能力最强,输沙量最大。     

塔里木河下游荒漠河岸林近地表沙尘通量及粒度特征

[目的]分析主导风向下塔里木河下游阿拉干断面天然胡杨河岸林迎风面和背风面的沙尘输沙量及粒度特征,为该区天然河岸林防风固沙提供理论依据。[方法]利用BSNE梯度集沙仪采集两个迎风面样地(Y₁,Y₂)和两个背风面样地(B₁,B₂)近地表10,30,50,100和150 cm这5个高度的沉积物,再由Microtrac S3500激光衍射粒度分析仪测定沙样粒度特征。[结果](1)4个样地沙尘水平通量皆遵循幂函数或指数函数分布,总输沙量呈现：Y₁>Y₂>B₁>B₂,各样地随着离地表高度的增加输沙量呈减少趋势。(2)背风面相较于迎风面输沙量降幅在35%～80%之间,说明塔里木河下游天然胡杨河岸林具有较显著的防风固沙效益。(3)各高度沙粒平均粒径为80～93μm,以极细沙为主,粒径频率曲线呈单峰分布,沙尘组成简单,以局地沙源为主。[结论]研究区天然胡杨河岸林背风面输沙量低于迎风面、平均粒径小于迎风面、分选性优...     

南京不同功能区大气降尘速率及其影响因素分析

对南京6个功能区2005—2008年间大气降尘特征及城市人为因素和气象环境因子研究表明,受人为影响较小的背景区域的大气背景降尘量较低且多年较稳定,但春季受西北地区沙尘传播影响而显著高于其他季节;大气降尘量在各功能区之间存在显著的差异,其基本趋势是:背景区最低,工业区显著高于交通干道和居民区;居民区和城郊区大气降尘受城市人为活动影响较小,其年季变化与背景区类似,随相对湿度增加而显著降低;工业/居民混合区和工业区的人为近源影响较大,降尘与气象因子的相关性较复杂,受降雨洗尘影响较大;交通干道的降尘与气象因素相关关系最弱,工业区降尘与降雨量呈显著负相关。     

乌兰布和沙漠不同下垫面风沙流结构与变异特征

对乌兰布和沙漠流动、半固定、固定沙丘3种不同下垫面0—40 cm气流层内的风沙流结构的研究表明:（1）0—40 cm高度层,输沙量随风速的增加而增加;在不同的风速下,流动沙丘的总输沙量大于半固定沙丘,半固定沙丘的输沙量大于固定沙丘,且呈指数函数关系。（2）在同一风速下,0—40 cm高度层,三种不同下垫面的相对输沙量随高度的增加呈幂函数递减趋势。（3）随高度的增加,中沙粒基本呈递减趋势,细沙粒呈现递增趋势,但增幅因下垫面的不同而异。（4）三种不同下垫面近地表0—10 cm层风沙流结构特征数S值均小于3.8,而特征值λ均大于1,表明三种下垫面均处于风蚀或搬运状态。     

北京一次沙尘天气研究综述

沙尘暴是土地荒漠化发展到一定程度的具体表现。对北京市2006年4月16日一次沙尘天气降尘的粒度特征、磁学特征、14C年龄和10Be分布特征、释光信号特征及地球化学元素进行了分析,指出进入北京地区的沙尘移动有3条路径,内蒙古浑善达克沙地和河北省西北部是北京和国内沙尘天气的主要沙尘源地,针对沙尘天气的危害提出了依法预防管护和搞好以水土保持为中心的生态建设等防治土地沙化、荒漠化的对策。     

半湿润区农田风蚀物垂直分布特征

通过两种观测手段对半湿润区农田风蚀物垂直分布特征进行了研究.结果表明,半湿润区农田风蚀强度较弱,风蚀物颗粒较细,主要由极细沙和粉沙组成.风蚀物含量垂向分布遵循幂函数递减规律.反映了以悬移质为主的风沙流结构特征.农田地表特征、风速和粒级等因索均对风沙流结构具有显著影响.农田风蚀强度大小影响风蚀物在近地表的分布规律.风速增大使相对输沙量在近地表增加,上层减少.风蚀物粒级越大,则输沙量沿垂直方向递减的幅度愈大.随着高度增加,风蚀物各粒级含量中砂级组分含量减少,粉砂及粘土组分含量增加,风蚀物粒径变细,粒径范围不断收窄.最大粒径和平均粒径沿垂直方向的变化都服从指数函数递减规律.     

The nature and origin of the aeolian mantles of central northern Nigeria

Evidence is presented here to show that the upland soils of central northern Nigeria are formed in aeolian mantles deposited by two aeolian processes: aeolian suspension (or dust) deposition and aeolian saltation (or dune sand) deposition. The soils to the south and west of Kano are largely the product of Harmattan dust deposition, whereas the northern soils appear to originate from dune sand migration from the Quaternary dune fields to the east of the study area. The spatial pattern of particle-size populations (or quanta) and quartz grain roundness characteristics, within the mantles and dune sands, indicates that considerable mixing of dune sands and dust has occurred in the formation of these mantles.     

帕米尔高原东部表层沉积物粒度特征及其迁移路径

[目的]研究帕米尔高原东部表层沉积物粒度特征及来源,为提高中国西部高原地区沉积环境认知及生态环境建设提供科学依据。[方法]利用激光粒度仪对帕米尔高原东部表层沉积物粒度进行分析,并通过后向轨迹模型探讨远源风成沉降对其表层沉积物组成的影响。[结果]研究区表层沉积物以砂粒为主,表层沉积物粒径随海拔的逐渐升高而减小。初步推测表层沉积物主要为湖相沉积,远源风成沉降主要受中亚西风气流和塔克拉玛干沙漠西侧沙尘颗粒物影响。[结论]帕米尔高原东部处于生态环境脆弱区,应因地制宜制定土地利用规划,同时需防范中亚沙尘颗粒对其生态环境的影响。     

不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。     

不同植物灌丛沙丘表面沉积物粒度变化及其固沙能力

研究沙区不同类型植物灌丛沙丘地表沉积物环境敏感粒度组分体积百分含量变化及其影响因素有助于精确描述地表风沙运动过程,为快速比较不同植物种固沙能力和沙区植被恢复提供参考。采用激光衍射法对乌兰布和沙漠内部5种荒漠植物灌丛沙丘地表沉积物粒度差异进行测定,以粒级-标准偏差法对风沙环境敏感组分进行提取,根据敏感组分体积百分含量变化对植物固沙能力进行评价,并以多元线性回归方法拟合了敏感组分体积百分含量对植株形态指标变化的响应。结果表明:沙鞭、沙蓬、芦苇样地表层沙物质分布同裸沙丘均为单峰型,白刺和油蒿为双峰型。植被分布区沙丘表层沉积物中沙、细沙减少,极细沙和粉粒增加,沉积物颗粒分选性变差,频率曲线趋于正偏,峰度值降低。整体而言,颗粒组成由细到粗依次为:白刺油蒿芦苇沙蓬沙鞭裸沙丘。乌兰布和沙漠地表沉积物存在1.45~76和76~456μm 2个环境敏感粒度组分,中值分别为57.3和193.6μm,分别命名为细组分和粗组分,细组分对应风沙流中的悬移质,粗组分为跃移质。环境敏感组分在各植物覆盖下差异显著,细组分体积百分含量变化为:白刺油蒿沙蓬芦苇沙鞭裸沙丘,粗组分体积百分含量变化相反,植株对风动力的阻滞能力相应降低。多元线性回归显示,细组分体积百分含量与株高、冠幅、分枝数呈正相关关系,与疏透度呈负相关关系,表层沉积物中细组分体积百分含量越高的植物灌丛,影响其体积百分含量多少的因素越复杂。     

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。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭固沙林土壤粒度的分异规律

[目的]分析梭梭林地的防风固沙效果,为当地的沙漠化防治提供基本的资料,为生态建设提供可靠的依据。[方法]以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区的梭梭(Haloxylon ammodendron)林地为研究区,按照距离沙源远近,分别选取了4种典型的梭梭样地,进行土壤样品采集,分析其粒径分布特征。[结果]位于沙源处的梭梭林由于沙尘来自古尔班通古特沙漠,沙源均一性以及分选性良好。土壤粒径主要受植被盖度的影响,使得沙地表层细粒成分增加;在一定的植被覆盖下,随着沙源距离的增大,表层土壤平均粒径依次减小,主要是因为植被拦截沙尘物质,使得表层土壤粒径产生差异;表层土壤平均粒径相对于下层呈增大趋势,且距离沙源越近变化幅度越大,但是土壤粒径峰度、偏度差异不大。[结论]表层土壤粒度特征存在差异反映了各梭梭林在不同的植被覆盖下风沙活动强度对其的影响,自然植被带与人工梭梭林能够有效拦截和固定大量的风蚀物质,但由于自然植被生长状况不如人工林,在植被大量衰退和强风蚀作用下对风沙的拦截作用较弱,因此,在自然植被带外围人工造林对当地风沙的阻挡作用起到至关重要的作用。     

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。     

承德沙尘天气空间分布特征、成因及防治措施

基于1981—2010年承德9个气象站的沙尘天气及相关气象数据,采用统计分析和相关分析方法,对承德地区沙尘天气(包括浮尘、扬沙和沙尘暴)的空间分布特征和成因进行分析并提出相应的防治措施。研究表明:承德沙尘天气呈由西北向东南沿滦河谷地递减的空间分布特征,其成因是气候因子和下垫面共同作用的结果。气候因子中大风日数的空间分布与承德沙尘天气的空间分布相关性最大,下垫面的地形以及地表性质也对该地区沙尘天气的分布产生重要影响。人类只有通过合理调整土地利用结构,加强植被保护,减轻人口对资源环境的压力才能真正达到防治沙尘灾害的目的。