库姆塔格沙漠研究：进展与成果

库姆塔格沙漠,地跨新疆、甘肃2省区;东起敦煌鸣沙山、西临罗布泊、南依阿尔金山、北抵阿奇克谷地;面积超过2万km^2。境内气候极端干旱,地貌类型复杂、沙丘类型多样,是＂羽毛状沙丘＂在我国的唯一分布区。受自然条件和技术装备等制约,一直是我国八大沙漠中综合科考的最后空白。2006年,＂库姆塔格沙漠综合科学考察＂被列为首批国家科技基础性工作专项重点项目,历时4年,取得了丰硕成果,填补了多项沙漠科考和研究空白。主要包括：（1）首次发现、命名并定义了＂沙砾碛＂这一库姆塔格独特的地貌类型;初步探明了该沙漠独有的＂羽毛状＂沙丘的形态学特征及形成过程;（2）基本探明了库姆塔格沙漠地表沉积物的矿物组成及2个主要物源端元,揭示了晚新生代沉积物特征和地层序列;（3）初步确定了库姆塔格沙漠地区古风成砂的形成时代,并阐明了该沙漠的成因和演化过程;（4）初步查清了库姆塔格沙漠地区现代水系分布及水文特征,绘制完成中更新世晚期、汉、唐、清、民国、现代6个时期的水系演变图;（5）首次确认了库姆塔格沙漠土壤类型及其发育过程和区域分布特征;（6）首次建立了全方位、全天候、全覆盖的库姆塔格沙漠气象观测场,实现了基于卫星传输的气象数据实时采集,初步摸清了羽毛状沙丘形成的动力条件及周边气候演变趋势;（7）基本查清了库姆塔格沙漠野生动植物种群、数量和分布区域,特别是发现了沙生柽柳、白花柽柳、侧花沙蓬等6种植物的分布新区;（8）系统调查了国家一级保护动物双峰野骆驼种群及其生境,对野骆驼的行为生态学进行定位观测研究;（9）完成了沙漠及其周边地区的生态经济功能分区,提出了＂大敦煌＂区域可持续发展的战略对策,为拯救敦煌绿洲、保护敦煌文化遗产提供了重要科学依据。     

库姆塔格沙漠综合科学考察成果初报

库姆塔格沙漠地处塔里木盆地罗布泊地区南缘,南以阿尔金山为界,北抵阿奇克堑谷地,向东可延伸至甘肃省境内,总面积约2.29×104 km2,是我国第六大沙漠。考察发现,库姆塔格沙漠气候极干旱,地表植被稀疏,野生动物极少,沙丘流动性大,沙丘类型多样,在其东北部分布着世界上独一无二的羽毛状沙丘。库姆塔格沙漠沙丘下伏地形复杂,沙漠腹地分布出露连续的地层剖面,其蕴藏着反映沙漠形成演化、气候变化与古疏勒河变迁的大量环境信息。开展库姆塔格沙漠综合科学考察,对揭示库姆塔格沙漠的形成与演化、古疏勒河变迁及其与罗布泊退缩的关系、以及西北干旱区气候与环境对青藏高原隆升和全球变化的响应具有重要的科学意义。同时,开展库姆塔格沙漠风沙活动规律、风沙危害的研究以及野生动植物的分布、生态习性等方面的科学考察,对保护世界级的敦煌自然与文化遗产、极干旱地区荒漠生态系统的生物多样性都具有重大现实意义。     

1∶35万《库姆塔格沙漠地貌图》的编制

沙漠地貌图是认识和研究沙漠的基础图件,编制《库姆塔格沙漠地貌图》是国家科技基础性工作专项“库姆塔格沙漠综合科学考察”内容之一。本文全面总结了《库姆塔格沙漠地貌图》编制的思路和技术。考虑到库姆塔格沙漠地貌类型、分布规律及其形成和演变的需要,以及印刷纸张规格的限定,《库姆塔格沙漠地貌图》比例尺确定为1∶35万。选用的地理基础底图为20世纪70年代的1∶25万地形图,并以1∶10万地形图上作等高线和其他重要地理内容的补充。专题内容以2000—2007年的TM卫星数据为主,部分细节内容以Google Earth影像资料作补充。地貌图专题内容包含地貌类型、高度以及活动性等3层信息。地貌类型包括风成地貌、流水地貌、干燥剥蚀地貌、冰川冰缘地貌以及其他地貌等5大类,其中风成地貌是《库姆塔格沙漠地貌图》重点展示的内容。风沙地貌共分为13种类型,以符号表示,沙丘高度通过分层设色表示,用箭头符号表示沙丘移动方向。为了真实反映沙丘类型及其排列规律,本图对主要沙丘（高度一般大于10 m）都是准确定位描绘,而由于制图比例尺的限制,对一些次要沙丘（高度一般小于10 m）未作定位描绘,仅作示意。由于库姆塔格沙漠发育于阿尔金山北麓的倾斜洪积平原上,所以,洪积扇和干河道也是本图重点反映的内容。《库姆塔格沙漠地貌图》尽量应用现代计算机制图和数字化技术,对可以数字化的信息全部数字化。本图为研究库姆塔格沙漠提供了丰富信息。     

腾格里沙漠土壤类型空间分布特征

土壤类型空间分布是利用、改良和保护土壤资源的科学依据。腾格里沙漠是中国第四大沙漠,然而对其土壤类型空间分布特征还没有系统的研究。本研究基于中国土壤、内蒙古土壤、甘肃土壤和宁夏土壤等普查成果,以及中国科学院沙坡头沙漠研究试验站综合科学考察的历史资料,在2017—2019年对腾格里沙漠土壤类型及分布进行了大规模考察验证。同时利用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,对腾格里沙漠土壤类型进行判读,完成腾格里沙漠土壤类型及分布图制作。腾格里沙漠土壤分类系统共有13个土类,30个亚类,分别归属于7个土纲和10个亚纲。在土壤分布特征方面,腾格里沙漠以非地带性风沙土为主,约占腾格里沙漠面积的83.65%。地带性土壤类型有棕钙土、灰钙土、灰漠土和灰棕漠土,总面积为4 803.20 km2,占腾格里沙漠面积9.42%。其他非地带性土壤有草甸土、沼泽土、盐土、漠境盐土、灌淤土、灌漠土、潮土和石质土,总面积为3 534.83 km2,占腾格里沙漠面积的6.93%。土壤分布存在多种地带与非地带性土壤类型中微域组合。     

南极无冰区地理环境研究的力作——评《南极乔治王岛菲尔德斯半岛土壤与环境》

开展南极科学考察以来 ,我国科学界有关南极科考成果 ,丰硕至极 ,仅就南极无冰区地理环境方面 ,1 9 93年谢又予研究员发表了专著《中国南极长城站地区地貌与沉积》,是我国关于南极无冰区地表物理风化、地貌发育与沉积环境等方面研究的领先成果。北京师范大学资源与环境科学系副教授赵烨博士撰写的《南极乔治王岛菲尔德斯半岛土壤与环境》,已由海洋出版杜于 1 999年出版。这是一部以南极菲尔德斯半岛土壤为核心研究对象 ,深入分析了亚南极冷湿区现代环境的特征、土壤发育过程、土壤发生类型 ;详细讨论了全新世土壤发育与环境演变的相互关系 ,…     

轿子山自然保护区土壤空间结构特征分析

在综合分析各成土因素及其相互作用的基础上,划分了保护区的土壤类型,借助ARC/INFO软件,编绘了1∶5万土壤分布图,应用山地生态学和景观生态学有关原理和方法,定性、定量分析了土壤的发育和空间结构特征。研究结果表明：（1）保护区发育有黄棕壤等7个土类,暗黄棕壤等9个亚类;（2）土壤发育主要表现为土壤类型之间的垂直演替和在同一土类的分布地域内,不同发育阶段的土壤同时并存;（3）土壤的空间分异格局表现为垂直带分异和地域性组合2个序列。山地地形是引起土壤发育及土壤类型产生空间分异的根本原因;（4）从数量结构来看,优势土壤类型为棕壤,林线以下至海拔3 300 m范围内的亚高山草甸土和暗棕壤的破碎化程度高,交错分布特征突出。     

黑河流域水资源动态变化与绿洲发育及发展演变的关系

通过探讨流域及绿洲发育及其发展演变的水资源动态变化的特征,阐明它们之间的独特关系,并以此来揭示绿洲系统发育的河流流域地带性问题及特征。研究表明,本区水资源动态变化主要在径流形成、利用和消失三个区域内具有依次性体现的特征。其中占总流域面积10%左右的河川径流形成区,对全流域的水资源动态变化具有先决性作用,并在各个区域水动态变化体现上又受到系统对水的吞吐、留存、蒸散和转化能力大小的影响。因此,河流流域是地域分异现象中通过水流作用所体现出的水平地带性与垂直地带性的一种交汇,同时也是地带性与非地带性系统分异的主要区域。作为河流流域地带发育的绿洲系统,其发展演变规律和特征是相当独特的,如开放性、动态性、脆弱性以及资源有限性等。其中有限的水土资源及其动态变化是制约区域内各层次流域发展及绿洲系统发育的关键,并在不同区段上存在着显著差异性,且彼此间常体现出互为依存、互为消长的依次性制约关系。如水资源量的多寡、质的优劣和时空动态变化及分布、以及人为作用等决定着绿洲类型体现和规模分布、发育层次及阶段或发展演变过程及趋势、和社会经济价值体现等。     

中国主要类型土壤若干重金属临界含量和环境容量的区域分异

本文通过8年研究结果,归纳、分析了中国的砖红壤、赤红壤、红壤、紫红土、黄棕壤、棕壤、黑土、褐色土、灰钙土等主要类型土壤中Cd、Cu、Pb、As的土壤临界含量和土壤环境容量分布特征,发现他们大多数或在相当大的程度上随土壤类型由南向北、由东向西的分布而分异,具有一定的地带性分异特征。Cd、Cu是由南到北、由东向西增大;而As则相反,由南到北、由东向西减小。     

2007—2008年库姆塔格沙漠沙尘天气特征与天气分型

 利用2007年库姆塔格沙漠科学考察时自动气象站所获取的数据,分析了沙尘暴过境时库姆塔格沙漠气象要素的变化特征。以库姆塔格沙漠周边气象站点沙尘天气出现时间为依据,选取2008年所有沙尘天气过程,解读相应时间段内Micaps系统中各个层次的资料,客观分析了驱动库姆塔格沙漠沙尘天气爆发的动力成因,将天气形势分为4种类型:冷空气翻山型; 冷空气东灌型; 锋前热低压发展型; 局地对流型。冷空气翻山型与东灌型居多,共7次,锋前热低压发展型与局地对流型较少,仅为2次。利用库姆塔格沙漠北部1号气象站以及南部2号气象站资料,结合库姆塔格沙漠沙尘粒度分析资料,初步讨论了风对库姆塔格沙漠沙丘形态的影响。     

关于风沙土的一些雏议

本文论述了土壤形成过程中应具有的一些质的特征,从而证明了流动砂丘并非属于土壤,而只是地质作用的非土形成物或成土母质。在此基础上,对流动砂丘上土壤的形成发育演变方向以及在土壤分类中的地位和命名等问题进行了探讨。     

基于实地观测的库姆塔格沙漠风场时空变化特征研究

库姆塔格沙漠分布在新疆东部,罗布泊洼地以南,阿尔金山以北,向东可延伸至甘肃敦煌的西部,总面积2\^29万km2,是我国第6大沙漠。该沙漠内部气候极为干旱,植被稀疏,是我国最后一个开展全面考察的沙漠。通过对建在库姆塔格沙漠内东部和西部的两个自动测风站和南北的两个自动气象观测站在2007年10月至2008年9月的观测资料,结合相应时段MICAPS通过VSAT接收到的地面风场格点资料,对沙漠内部风场的日变化、季节变化以及起沙风的特征进行了分析,结果表明:①由于受南面阿尔金山高大山体的阻挡作用,库姆塔格沙漠的风场存在明显的日变化,表现出类似山谷风的风向转换规律,白天以上山的偏北风为主,夜晚以下山的偏南风为主,不同的季节山谷风的转化时间相应地不同。②冬季沙漠整体以偏南风为主,夏季偏北风占主导,而春秋季沙漠北部仍以偏北风为主,而沙漠东部和南部出现偏南风,沙漠西部为偏东风。③起沙风速的特征表现为:沙漠整体以偏北风为主,沙漠北部和西部以偏东北风为主,南部和东部以偏西北风为主,风向在沙漠中部从北向南由东北转为北,到了沙漠南部转为偏西北风向东南方向流去,风向的转变与库姆塔格沙漠沙丘走向最后转向东南是一致的。     

库姆塔格沙漠地区景观格局与动态研究

在景观分类与制图基础上分析了库姆塔格沙漠地区的景观格局与20世纪70年代以来的景观动态。库姆塔格沙漠地区以干燥的石质山地、干旱的沙漠、戈壁和盐化荒漠为景观主体,人工和天然绿洲面积很小;分布有3种景观要素组合模式,即库姆塔格沙漠西部地区的山地-洪积扇-湖盆模式、西湖地区的湖盆-戈壁荒漠模式和敦煌洪积扇上的人工绿洲发育模式。近30多年来景观总体上变化不大,人工绿洲面积增加了1倍多,盐生草甸有比较明显的减少。沙漠表现出比较明显扩展趋势的区域,一是沙漠东南部边缘部分,有向东、向南扩展的迹象;二是沙漠南部边缘部分,在强烈的东北风作用下有向阿尔金山上扩展的迹象。人类的社会经济活动是库姆塔格沙漠地区景观变化的主要驱动力。     

库姆塔格沙漠东南缘BL剖面粒度记录的全新世快速气候事件

地质历史过程中全新世时期是一个温暖湿润的间冰期气候过程,中间出现过多次变冷或变干的快速气候事件。BL剖面位于库姆塔格沙漠东南缘,是一典型的风成砂黄土沉积地层,沉积厚度约350 cm。通过沉积地层光释光测年和沉积物粒度变化分析,结果显示：（1）BL剖面沉积的年代始于8.3 ka,处在全新世早期;（2）区域干旱气候条件下,反映冬季风的代用指标则以粗端组分含量为主,BL剖面沉积物平均粒度受到颗粒粗端的影响较大,对比3个不同粗颗粒组分含量所指示的古气候变化,选用>110 μm的沉积物颗粒组分含量作为冬季风研究的替代性指标,具有较好的指示意义;（3）剖面粒度对全新世中晚期的6次气候快速变化过程均有不同程度的记录,其特点是对全球性冷事件敏感性较强,对干旱事件响应较弱。对库姆塔格沙漠地区全新世气候过程的研究,可为极端干旱区域气候对全球气候变化过程的响应提供一定借鉴。     

2008-2013年库姆塔格沙漠及阿尔金山降水特征

库姆塔格沙漠极端干旱,而其南部阿尔金山比较湿润.研究库姆塔格沙漠及南部阿尔金山的降水特征,对揭示库姆塔格沙漠水源补给机制和地貌形成原因具有重要作用.本文利用中国自动气象站与CMORPH融合逐时降水量0.1°网格数据集,分析了库姆塔格沙漠及阿尔金山的降水特征.结果表明:(1)库姆塔格沙漠降水主要集中在夏季,其他季节降水较少;而阿尔金山降水主要集中在春、秋两季,并存在一条降水量大值带,3月范围最大而夏季消失;(2)阿尔金山对库姆塔格沙漠的水源补给作用主要体现在春、秋两季,夏季降水基本与库姆塔格沙漠持平,春季降水超出库姆塔格沙漠最多;(3)阿尔金山各月平均逐小时降水量演变特征有很大不同,冬季12、1月及夏季6、7月每月逐时降水演变特征以"凌晨型"为主,可能与凌晨云顶辐射冷却引起的大气层结不稳定有关;春、秋两季每月逐时降水演变特征以"午后-黄昏型"为主, 可能与午后太阳辐射地面加热引起的大气层结不稳定有关;2、8月是两种类型的过渡时期.本文研究结果可为探索库姆塔格沙漠水源补给机制以及"羽毛状沙丘"独特的沙漠景观形成原因提供一定的参考依据.     

库姆塔格沙漠地表物质组成、来源和风化过程(英文)

Kumtagh Desert is one of the eight biggest deserts in China, but poorly investigated before our interdisciplinary study because of the difficulty of access. In this paper, 33 representative surface sediment samples were collected from the Kumtagh Desert and analyzed in the laboratory to obtain heavy mineral components and geochemical element contents. Results show that various kinds of heavy minerals are present in these samples, with high levels of epidote and hornblende. Si and Al take up a large part of chemical composition. Compared with the average composition of geochemical elements of the upper continental crust (UCC), except Si and Ca, all elements are depleted to a certain degree; Fe, Mg, Ca, P, Ti and Mn have high correlation coefficients in their contents. The mineral and geochemical composition of the Kumtagh Desert sediments have a similarity with that of rocks of Altyn Tagh Mountains, and the surface sediments of the alluvial/diluvial fans around the Altyn Tagh Mountains and that of the Taklamakan Desert, indicating that one major source of the Kumtagh Desert sediments is located in the Altyn Tagh Mountains. Alluvial deposits and lake sediments in Aqik valley and lower reaches of Shule River are prone to be eroded and transported by the strong northeasterly wind into the Kumtagh Desert, forming another source of the desert deposits. An A-CN-K ternary diagram shows that a weak degree chemical weathering by the loss of Na and K occurred in these sediments, whereas A-CNK-FM ternary diagram suggests that Fe and Mg have undergone a significant chemical differentiation. Physical weathering processes cause easy erosion and enrichment in fine particles for mafic minerals, thus coarse desert sand particles can be relatively depleted in Fe and Mg. The mineral and geochemical composition of sediments in arid regions experiencing less chemical weathering are mostly affected by physical weathering.     

库姆塔格沙漠风沙地貌区划

 近年来,中国沙漠科学工作者对库姆塔格沙漠进行了系统的考察与研究。作为风沙地貌研究工作的初步总结,笔者尝试该沙漠风沙地貌区划研究工作。在风沙地貌地域分异规律理论的指导下,提出综合分析与主导因素相结合、发生学以及多级序的区划原则,采用自上而下的顺序划分法,选择主导分异因素,提出了库姆塔格沙漠风沙地貌的两级区划系统。首先,根据下伏地貌的成因类型划出一级分区(风沙地貌区)。其次,根据沙丘形态特征划分出二级分区(风沙地貌亚区)。提出的区划方案将库姆塔格沙漠划分为7个风沙地貌区、23个风沙地貌亚区,并对各区和亚区的风沙地貌特征作了简要的介绍。     

库姆塔格沙漠东部复杂地貌地表沉积物化学元素组成初步研究

通过对库姆塔格沙漠东部的沙漠、戈壁、绿洲、湿地、干河床等地貌单元地表沉积物化学元素的分析,研究了不同类型沉积物常量、微量元素的UCC标准值、Ba-Sr含量比值、化学蚀变指数等特征。结果表明：各类型沉积物的元素特征差异显著,但都处于低等风化阶段。库姆塔格沙漠东北端的平沙地、灌丛沙地与北侧戈壁地表沉积物元素特征相近,物源是北山;沙漠东缘沙物质有相近的主元素含量和Ba-Sr含量比值,化学风化特征和Fe、Mg含量自北向南呈现渐变趋势,表明受到偏北风的搬运混合作用,其可能的物源包括南部阿尔金山洪冲积物、东侧的干河床和戈壁。沙漠与敦煌绿洲间的戈壁地带化学风化微弱,区域差异不明显,但不同部位沙物质的元素含量有近源性。鸣沙山西侧的沙物质元素不同于库姆塔格沙漠,而与之相近的党河漫滩相近,因此其最有可能的物源是党河。     

Aesthetic value of aeolian geomorphosites in the Kumtagh Desert, China

Tourism development of aeolian geomorphosites in the Kumtagh Desert is beneficial to both harmonious development of human-nature relationship and the sustainable development of the tourist industry in the Kumtagh Desert and its sur- rounding area. This paper adopts some research methods including field observation, expert assessment, and systematic investigation to analyze and evaluate the aesthetic value of aeolian geomorphosites in the Kumtagh Desert from three aspects of＂Beauty of Morphology＂, ＂Beauty of Color＂ and ＂Beauty of Forms＂. This research is a creative work in the field of aeolian geomorphosites combining the method of aeolian geomorphology and tourism geography.     

库姆塔格沙漠风沙地貌遗产美学价值评价

库姆塔格沙漠风沙地貌遗产的旅游开发,既有利于该区域人地关系的和谐演进,又有利于全面推进该区域旅游业的可持续发展。风沙地貌遗产价值评价是风沙地貌遗产旅游开发的前提和基础。应用观察法、描述法、专家评估法、系统调查分析法等定性研究方法,从形象美、色彩美、形式美等3大方面分析评价库姆塔格沙漠风沙地貌遗产的美学价值,为库姆塔格沙漠风沙地貌遗产的旅游开发奠定基础。研究将风沙地貌学与旅游地理学融合,开创中国风沙地貌遗产研究的先河。