库姆塔格沙漠羽毛状沙丘剖面特征

在库姆塔格沙漠羽毛状沙丘分布区选取典型地段作为观测区,运用全站仪测量了观测区羽毛状沙丘地形特征。结果如下：（1） 构成羽毛状沙丘羽轴的沙垄由首尾相连的变形的新月形沙丘构成,其走向为N55°E;新月形沙丘的平均高度为17.65 m,西北翼角的平均长度为72 m,均长于东南翼角。（2） 沙垄的纵断面（SW→NE）表现出明显的波动性,波长在50～100 m之间,波高在10～25 m之间。（3） 沙垄的平均宽度为127.69 m,平均坡度为12.59°;西北坡平均坡长为71.74 m,平均坡度为11.65°,东南坡平均坡长为59.05 m,平均坡度为13.52°。（4） 羽毛状沙丘的“羽枝”部分是由地形平缓的穹状大沙波首尾相连构成,并未像遥感影像一样呈现出明暗相间的羽毛状图案。大沙波的平均宽度为641.34 m,其纵断面相对平缓,2个波峰之间的距离在400 m左右,波峰高度为1～3 m,平均坡长为322.37 m,平均坡度为1.28°,仅为沙垄的10%。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄的流场和上覆沙丘组合及动态特征

复合沙垄是最大的沙丘地貌类型之一，表现为简单沙丘类型的垂直叠加和水平连接，在沙垄的高大地形影响下，沙垄不同部位形成不同的风沙环境特征。以塔克拉玛干沙漠腹地/复合沙垄为例，通过野外实地观测研究其流场和上覆沙丘组合特征。研究结果表明，复合沙垄的流场可分为沙垄迎风坡气流加速区、沙垄背风坡气流转向减速区、垄间粗沙平地气流风速风向恢复区和气流风速稳定区。受沙垄流场和地形的控制，沙垄上覆新月形沙丘链，垄间地分有简单新月形沙丘、沙堆、沙片、侵蚀地、简单线形沙丘。上覆沙丘分布特征表现为：垄间地上覆新月形沙丘疏密度较小，沙垄迎风坡和沙垄背风坡上覆新月形沙丘疏密度较大，而且超过1，说明沙垄迎背风坡上覆沙丘有叠置现象。沙垄上覆沙丘高度自沙垄迎风坡底部到顶部增高，背风坡上覆沙丘高度自沙垄顶部到背风坡底部减小，上覆沙丘在自身形态、地形和流场的共同影响下，存在相对运动，表现为分布进一步集中，因此沙垄有增高的趋势。     

塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘形态的空间变化特征及其成因

垄间地是塔克拉玛干沙漠中的一种典型下垫面,发育有众多尺度小、形态简单的沙丘,而这些沙丘的分布及其形态的空间变化和成因,至今研究较少。基于Google Earth影像和实地观测,研究了塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘在主导风向上的分布格局和形态特征,并分析了其成因。结果表明:(1)垄间地分布有沙片、新月形沙丘、新月形沙丘链和线性沙丘,但新月形沙丘分布最广泛、数量最多,沙丘数量次之,在整个垄间地都有分布,新月形沙丘链集中分布在沙垄背风坡脚,而线性沙丘则主要分布在沙垄迎风坡脚;(2)垄间地上覆沙丘具有明显的空间分布格局,沿主风向,沙丘密度和覆盖度呈上风向下风向中部,而新月形沙丘的长度、宽度、底面积、两翼开展度等形态示量参数,从沙垄落沙坡脚到垄间地中部偏迎风坡各参数呈现不同程度下降,沙丘呈逆向演变,随着靠近沙垄迎风坡脚各参数逐渐增大,沙丘又转为正向发育;(3)沙丘的空间分布和形态差异源于地表风动力和沙源供给的空间分异。沙垄背风坡脚风动力相对较弱,沙源丰富,沙丘密度高,新月形沙丘形态发育成熟度高;沙垄背风坡脚到垄间地近迎风坡脚,气流摆脱沙垄风影影响,风速逐渐增大,地表粗沙覆盖,沙源供给相对减少,沙丘物质收支失衡,形态趋于逆向演变;从垄间到沙垄迎风坡脚,受沙垄阻挡,风速降低,地表沙物质相对较细,地表沙源供给相对较充足,沙丘物质收支状况改善,沙丘形态有所恢复。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的逆向演变

通过对塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特征、移动特征进行测量,计算出沙丘移动输沙变化,证实该区存在新月形沙丘逆向演变。逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度。高度不饱和风沙流形成于沙垄背风坡底到垄间地中部的加速过程和粗沙地表的作用,从沙垄底部到垄间地中部的粒度变化,风沙流垂直结构都有所反映。新月形沙丘为沙垄背风坡上覆沙丘脱离沙垄而成,高度在2m左右,该区次风向使新月形沙丘宽度减小以及粗沙地表在强弱风交替作用下增加沙丘移动过程中沙丘沙的滞留量都有利于沙丘逆向演变。     

库姆塔格沙漠羽毛状沙丘表面沙粒度分布特征

对库姆塔格沙漠羽毛状沙丘不同部位表面沙物质进行的粒度分析结果表明,羽毛状沙丘"羽轴"-新月形沙垄沙以细沙(0.125～0.25 mm)为主,含量占60.8%,平均粒径2.42ψ,分选较好(σ1值0.33～1.09,平均0.65),偏度以对称为主(Sk值-0.31～0.35,平均0.08),峰度以中峰态为主(KG值0.70～1.57,平均1.08)."羽轴"-新月形沙垄沙粒径在横剖面方向上即从新月形沙丘两翼坡脚至丘顶部变细,东南翼角略粗于西北翼角;在纵剖面方向上从新月形沙丘迎风侧经丘顶至背风侧也逐渐变细.随着平均粒径变细,分选变好,正偏的趋势也越显著."羽枝"一垄间沙以粗沙为主,分选较差,宽峰态为主.羽毛状沙丘沙累计概率曲线主为4段式或3段式,"羽轴"-沙垄沙以单峰态为主,占96.7%;"羽枝"-垄间沙则以双峰态为主,占54.2%.大尺度地形(沙垄和垄间地)和局部地形对粒度分布有一定程度的影响.     

库姆塔格沙漠梭梭沟区域(92°E)的风积地貌类型及分布

在2005年9月,对库姆塔格沙漠的梭梭沟区域(39°37'8"～40°25'02"N,92°12'59"～92°46'27"E)进行南北穿越,同时参考卫星照片和地形图,实地调查了库姆塔格沙漠的区域地貌形态.在纬向上,梭梭沟的沟头和沟尾分布有线形沙垄;沟谷区是沙垄相对高度最大的区域,也是沙丘类型最复杂的区域,复合型沙垄和综合型沙垄坐落在沟两侧的阶地上,沙丘类型有新月形沙丘链、金字塔型沙丘和波状线形沙垄,3条或4条小沙垄(链)组合成大沙垄,相对最大垄高为131 m."羽毛状沙丘"分布在梭梭沟以北为冲洪积平原上,沙漠的北缘分布新月形沙丘,最高达26 m.在经向上,40%的相对应样点的风沙地貌类型不同.地貌差异性较大的区域分布在梭梭沟的形状变化较大的区域.梭梭沟的形状变化,影响其两岸的沙丘形态.流水构筑了库姆塔格沙漠的下伏地貌,风沙地貌的分布受流水地貌影响强烈.     

库姆塔格沙漠"羽毛状沙丘"形态的示量特征

通过卫星照片判读和实地观测,库姆塔格沙漠的“羽毛状沙丘”由两种风沙地貌构成：东北-西南走向的新月形“沙垄”为“羽轴”；垄间分布的波状微起伏的“大沙波”为“羽枝”,“大沙波”与沙垄的夹角为75°～103°。二者组合成类似“羽毛”的风沙地貌。新月形“沙垄”由单个新月形沙丘的前一沙丘的迎风坡与后一沙丘东翼相连构成“沙垄”。组成“沙垄”的新月形沙丘的两翼平均长37．5m,翼间距30～66m,沙丘高3～19m；在所观测区域内,沙丘沙的分选性由南向北变差。新月形“沙垄”长为3～22km,垄间距为1～3km,其问分布浅色和暗色相间的波状微地貌,暗色部分平均宽24．3m,浅色部分的平均宽11．6m。暗色部分表层沙粒的粒径有60%在1．00～0．25mm之间,以暗色矿物为主,而浅色部分表层沙粒的粒径的90%在1．00～0．25mm之间,分选性相对暗色部分较好,以石英等浅色矿物为主。暗色和浅色微地貌成对出现,相对高差约7cm。这种波状微地貌在库姆塔格沙漠中北部重复出现,类似于风沙地貌分类的沙波,暂称其为“大沙波”。     

塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄区沙丘分形特征

为了探讨塔克拉玛干沙漠小尺度风沙地貌形态特征,对沙漠腹地复杂纵向沙垄横断面的上覆沙丘的分形特征进行了研究。沙丘形态野外测量采用RTK(real-time kinematic)技术,并通过南方测绘软件(South Survey)量算形态特征参数。研究结果表明:(1)沙丘形态具有分形特征,饼状沙堆和沙片的分维数是1.292 2,新月形沙丘的分维数是1.286 6,简单线性沙丘的分维数是1.102 5,新月形沙丘链的分维数是1.085;(2)在不同地貌部位之间,分维数差异不大(1.0~1.3),变异系数为0.06,表明复杂纵向沙垄上覆沙丘形态有自相似性;(3)沙丘的各形态特征参数变异系数的空间变化趋势一致,且与分形维数呈显著的线性正相关(P<0.05),表明沙丘形态分形维数能客观反映沙丘形态特征。在塔克拉玛干沙漠腹地纵向沙垄区,沙丘形态分形维数可以作为反映风沙环境特征的定量指标。     

新月形沙丘形态的模拟实验研究

新月形沙丘是风沙地貌基本形态之一,一般为高浓度非饱和风沙流所塑造。其形成过程始于风沙运动的“波粒二重性”,并经历沙物质积累（高浓度饱和风沙流）和形体塑造（高浓度不饱和风沙流）两个发育阶段,即耗散性增大和色散性减小过程;非沙质床面零星分布的单个新月形沙丘具有明显的移动性和形态的不稳定性（高大新月形沙山除外）。风洞实验条件下形成的新月形沙丘形态（其尺度比床面沙纹大一个数量级）,有助于新月形沙丘形成机制的了解。     

腾格里沙漠西部和西南部风能环境与风沙地貌

腾格里沙漠西部和西南部的沙漠边缘地区位于石羊河流域的下游地区,该地区生态环境脆弱,成为近年来备受关注的区域之一。利用自动气象站2009年年度风况资料和Google Earth影像,对该地区的风能环境与风沙地貌进行讨论,为评价区域风沙活动强度,风沙地貌形态特征提供依据。研究表明,腾格里沙漠西部和西南部的风况、风能环境呈自北向南逐渐变化的趋势,年平均风速西部最大,中部次之,南部最小;起沙风风向在北部以西北风和东北风为主,中部以西北风和东南风为主,而南部以西北风为主,东南风很少。研究区的北部为高风能环境,中部和南部为低风能环境。研究区的沙丘类型主要为格状沙丘,在沙漠边缘的部分地区为新月形沙丘链,南部为植被线形沙垄,其主要是由地形作用形成的,沙垄之间为新月形沙丘链。风能环境、沙源和植被共同影响沙丘的形态参数,研究区中部的风能比南部大,沙源比南部多,植被比南部少,因此,格状沙丘主梁之间的间距要比南部新月形沙垄的间距大。格状沙丘的走向近似相同,均在205°~225°之间。研究区南部有范围较大的植被线形沙垄,其间距在0.8～2.0 km之间,平均间距为1.37 km;走向为近似南北（164°～176°之间）。     

巴丹吉林沙漠北部风沙地貌形态类型的分区研究

在研究区内选取具有典型形态类型沙丘的8个样区N₁~N₈,通过统计和研究样区内各种形态的沙丘可以看出,研究区内由西北向东南沙丘的排列顺序出现沙丘由简单形态的沙垄和新月形沙丘到复杂形态的复合型沙山最后达到成熟的星状沙丘。由此着重探讨了研究区内由西北-东南方向沙丘的形成演化特征,以沙丘的空间分布序列来反映沙丘形成的时间序列这样一种时空替代的序列,因而能直观地分析和研究沙丘形成发育的整个发展过程,表明西北部沙漠年轻,东南部沙漠较老。     

库姆塔格沙漠羽毛状沙垄风沙活动强度特征

以库姆塔格沙漠腹地的羽毛状沙垄为床面,通过风季实地观测与分析,研究了羽毛状沙垄的近地面风况、粒度特征及风沙流结构等。结果表明:羽毛状沙垄近地面风况具有明显的季节性,冬季盛行东风,其他季节盛行东北风;全年平均风速5.94 m·s-1,大于起沙风频率占总量的46.76%;新月形沙垄粒度变化在1.22～1.86之间,分选较好,垄间沙埂粒度变化在1.35～2.11之间,风选属于中偏差;随着风速的增大,地面以上0—2 cm高度层所含沙量有明显减少的趋势,2—20 cm所含沙量有增加的趋势,0—20 cm所含沙量占总输沙量的92.28%以上;在地面以上0—40 cm高度内,输沙率同2 m高处1 min平均风速为幂函数关系,不同性质的地表对输沙率有较大的影响;羽毛状沙垄的风速变化表现为新月形沙垄和垄间沙埂不同部位气流的增速和减速,风向变化表现为同风场下沙垄与沙埂风向夹角的存在。     

基于CASS和ArcGIS的新月形沙丘属性参数提取

在塔克拉玛干沙漠腹地选取新月形沙丘演变监测区,运用华测X90 GNSS接收机RTK工作模式,获取精度达毫米级的沙丘表面高时空分辨率三维坐标,应用地藉成图软件CASS 9.0和地理信息数据分析软件ArcGIS 10.0对三维坐标数据进行处理,提取新月形沙丘的坡长、坡角、高度、宽度、脊线长度、两翼距离和夹角、体积、表面积和投影面积、坡度坡向等属性信息数据,多期监测数据叠加分析,求算沙丘侵蚀堆积量、移动速度和移动方向等沙丘演变信息。结果表明：在第1次和第2次监测期间,代表性新月形沙丘处于堆积增大状态,堆积量51.4 m³,移动速度16.0 m·a^-1左右,移动方向226°45',沙丘移动方向与主风向NE一致。基于CASS和ArcGIS的新月形沙丘属性参数提取,是量化研究沙丘形态演变过程和位置迁移动态、明确沙丘演变中各属性参数间数值关系的有效途径。     

基于GIS空间分析技术的新月形沙丘表面输沙率模型研究

 输沙率研究是风沙物理学与风沙工程学的重要内容。为了尝试GIS空间分析技术在新月形沙丘表面不同部位输沙率分布及模型建立中的应用,选取塔克拉玛干沙漠腹地典型孤立新月形沙丘,对其表面进行粒度采样和风速采样,并对沙丘表面的五个典型部位进行输沙率的采集。经过对风速数据归一化处理之后,根据粒度和风速采样特点,分别应用克里格方法和反距离方法对粒度和风速样点插值,得到新月形沙丘表面栅格形式的粒径分布和风速分布图。利用3种常用输沙率模型分别对沙丘表面5个典型部位进行输沙率计算,并与实测值进行对比。选取拟合优度最佳的Srensen模型,整合粒径和风速分布图,利用地图代数方法对沙丘表面输沙率分布进行计算,得到栅格形式的沙丘表面输沙率分布图。利用GIS的空间分析技术研究沙丘表面的输沙率分布,克服了传统定点观测的诸多不足。     

新月形沙丘维持相对稳定的两种过程

新月形沙丘顶部稳定性是风沙地貌学尚未解决的科学问题。研究新月形沙丘的顶部稳定性,对于绿洲边缘风沙运动规律揭示、防沙工程建设和沙区生态环境保护等具有重要的现实意义。选择民勤沙区新月形沙丘,通过测定沙丘各部位风速、风蚀风积和粒度等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。主风向（NW）作用是新月形沙丘最高点与沙脊线重合、沙丘前移和高度降低的过程;反向风（SE）作用是沙丘最高点与沙脊线分离、沙丘背风坡风蚀与沙丘增高的过程。由于研究区以NW风为主,新月形沙丘沿NW-SE方向前移,SE风只能风蚀减缓沙丘背风坡的坡度。人为干预将会阻止或减少从迎风坡向沙丘顶部输送沙量,使得新月形沙丘背风坡尤其是背风坡上部风蚀过程增强,新月形沙丘逐渐过渡为抛物线形沙丘。     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。     

沙丘形态及表沙粒度特征对风况和地表植被变化的响应

以毛乌素沙地3种沙丘（新月形沙丘、抛物线形沙丘和反向沙丘）为研究对象,对其形态、表沙粒度特征和区域风况进行了量化分析,探讨了沙丘表沙物理运动过程及其形态对外界条件（风况和地表植被）变化的反馈,揭示了沙丘表沙粒度特征对不同沙丘形态的响应机制。结果表明：新月形沙丘表沙平均粒径由迎风坡底部向顶部逐渐变小,分选呈现逐渐变好趋势, 但粒径较小和分选较差的表沙样出现在沙丘迎风坡中部。随着地表植被覆盖度的增加,新月形沙丘逐渐向抛物线形沙丘转变,近地表输沙能力和沙丘上风向沙源的供应同样受到限制,致使抛物线形沙丘由迎风坡底部向顶部呈现表沙平均粒径变大,而分选逐渐变好的趋势。毛乌素沙地内季节性风况（春季盛行强劲西北风,夏季盛行较弱东南风）的变化不仅促进了反向沙丘的发育,并且重组了西北盛行风影响下的表沙粒度特征。在夏季反向风风蚀的作用下,沙丘落沙坡顶部出现反向堆积和脊线反向移动的现象,同时其顶部呈现平均粒径由小变大、分选逐渐变好的趋势。     

敦煌鸣沙山金字塔沙丘的形成模式研究*

选择敦煌鸣沙山地区金字塔沙丘作为研究对象,在前人研究的基础上,采用实地考察与观测资料相结合的方法,从分析金字塔沙丘形成的条件入手,通过野外流场观测及室内风洞模拟实验,建立了金字塔沙丘形成的区域动力模式。     

柴达木盆地察尔汗盐湖北侧沙丘黏性沉积物特征

柴达木盆地察尔汗盐湖周边黏性沉积物被认为是单风向风况条件下线形沙丘和新月形沙丘两类沙丘共存的主要原因。为进一步探究察尔汗盐湖周边沙丘黏性沉积物特征,实地调查采集并测量了察尔汗盐湖北侧新月形沙丘/线形沙丘和丘间地沉积物的粒度特征、盐分含量和纵剖面水分含量变化,以期为明确黏性沉积物对沙丘地貌形成演化影响的研究提供参考。结果表明:丘间地沉积物平均粒径最大约为2.39Φ,新月形沙丘沉积物(2.41Φ)略粗于线形沙丘(2.54Φ)。沉积物以细沙为主(84%),中沙和极细沙含量都很少,丘间地中沙含量略高(18%)。区内沉积物都表现出极好的分选性,线形沙丘沉积物略优于新月形沙丘;丘间地沉积物的可溶性盐含量最高平均约为6.88%,线形沙丘(平均2.78%)明显高于新月形沙丘(平均0.80%);丘间地沉积物水分含量最高,在30cm深垂直范围内约为1.93%。新月形沙丘沉积物水分含量(平均0.12%)在1m深垂直范围内明显低于线形沙丘(平均0.55%)。除黏性沉积物(盐、粉沙和黏土)外,沉积物水分含量的空间差异也是引起沙丘形态发生变化的重要环境要素。     

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律北大核心CSCD

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠分别为中国面积第二、第三大流动性沙漠,对两大沙漠连接带新月形沙丘的动态监测可以揭示该地区沙丘形成演化规律,为沙漠连接带风沙地貌发育研究提供科学支撑。通过Google Earth高清历史影像对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带的新月形沙丘带进行监测,分析了两大沙漠交界处沙丘的移动速率和形态变化。结果表明:巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动速率范围5.88-19.55 m·a^(-1),平均移动速率10.03 m·a^(-1);移动方向范围109°-135°,平均移动方向122°。风况为沙丘移动提供动力条件,合成输沙方向与沙丘移动方向吻合。受NW、WNW方向输沙影响,新月形沙丘南翼在移动速率增加的同时长度不断伸长,显著区别于北翼。沙丘移动受控于沙丘本身形态,沙丘各形态参数(迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积)与移动速率呈现显著负相关关系(P<0.01)。植被覆盖以及沙丘密度的差异导致了研究区沙丘移动速率的差异。沙丘移动前后,形态参数变化具有复杂性,而沙源丰富度差异以及丘间地灌丛沙包对沙丘形态的改变,是沙丘形态变化复杂性的主要原因。两大沙漠连接带年输沙通量170-521 t·m^(-1),均值为301 t·m^(-1)。