古尔班通古特沙漠风沙活动特征与线形工程安全研究

古尔班通古特沙漠是我国第二大沙漠，沙丘类型以固定和半固定纵向沙垄为主。垄间和坡中下部沙面较为稳定，仅在沙垄顶部存在10—40m宽度不等的流动带，风沙活动规律独特。近年来在沙漠腹地修筑的公路、引水渠等线形工程，不可避免地造成沙垄切剖和保护层破环，所引发的工程安全问题引起了人们的普遍关注。通过风况分析和实地观测，对沙漠腹地风沙活动特征进行了初步研究，同时对线形工程风沙危害进行监测，在此基础上提出现有防护体系存在的主要问题与对策。     

古尔班通古特沙漠沙垄表面的稳定性与顶部流动带的形成

古尔班通古特沙漠是我国惟一受西风气流控制的沙漠,也是我国最大的固定与半固定沙漠。个体沙垄表面的稳定程度从基部至顶部呈现明显的差异。通过分析沙丘的粒度组成、水分动态、土壤植被及生物结皮等下垫面因素的垂直变化,特别是对沙丘表面蚀积过程的实地观测和研究,探讨古尔班通古特沙漠固定、半固定沙垄表面的稳定性和顶部流动带的形成。     

基于遥感的中国北方风沙地貌类型分析

风沙地貌在我国有广泛的分布,特别在北方,对区域生态安全、社会经济发展有重大影响。为了了解我国风沙地貌最新状况,通过解译2000~2002年的Landsat7 ETM影像,建立了我国风沙地貌类型数据库。对北方风沙地貌的分析表明:1.我国北方风沙地貌主要分布在新疆、内蒙古、青海、宁夏、甘肃、陕西、吉林、黑龙江8省区,其中以新疆、内蒙古的面积最广、地貌类型最丰富;2.类型多样性上,干旱区沙漠的地貌类型远比半干旱区的沙地丰富,其中有些类型分布普遍,还有些类型仅仅局限于特定区域,是在特定的风力、风向、植被等作用下形成的;3.沙丘动态上,沙漠除古尔班通古特与乌兰布和沙漠以固定、半固定为主外其他都以流动为主,沙地沙丘则以固定、半固定状态占优势。本文从沙丘形态类型角度分析了我国风沙地貌的最新特征,具有定位、定量特点,所建数据库不仅能用于风沙地貌的定期遥感监测,还能对沙丘形态演化进行定位监测研究。     

古尔班通古特沙漠西南缘新月形沙丘内部沉积构造特征研究

沙丘内部沉积构造保存了沙丘动力演变过程的重要信息。以古尔班通古特沙漠西南缘固定、半固定新月形沙丘区为研究区域,利用探地雷达在春、秋两季对固定、半固定新月形沙丘内部构造进行探测,获取了不同规模形态的固定、半固定新月形沙丘深约8 m的内部构造图像信息。通过图像增益处理、解译和对比分析表明：（1） 古尔班通古特沙漠固定、半固定新月形沙丘共有5种沙丘内部构造雷达相,即高倾角斜层理、楔状交错层理、上凸形交错层理、低倾角-近水平层理和块状层理,其中前4种主要分布在3~5 m的浅层,而块状层理主要分布在4~5 m以下的深度。（2） 高倾角斜层理、楔状交错层理主要分布在高大新月形沙丘（链）的迎风坡上部和丘顶地带,前者为背风坡前积层埋藏而成,反映高大新月形沙丘迎风坡上部和丘顶风沙活动较频繁,沙丘“固身缩顶”后埋藏的前积纹层因风蚀而出露,后者为迎风坡风蚀坑和风蚀槽中由风沙流充填而成的构造或在丘顶风向的季节性变化形成的构造。（3） 与灌丛沙丘相关的上凸形交错层理广泛分布在新月形沙丘的迎风坡中下部,在背风坡也有局部出现,表明灌丛沙丘在沙丘表层的风沙过程中占有重要地位;而深部的块状层理可能是早期风积层受到强烈的生物扰动,原生层理消失而产生。（4） 以上沙丘内部构造的类型与组合分布特点,反映了研究区新月形沙丘总体上趋于稳定或衰退状态,这与现代沙丘“固身缩顶”的地貌变化特征相一致。例如,迎风坡中上部和丘顶常见风蚀槽,背风坡因坡度变缓、前积层发育趋缓,现代风沙活动主要集中于新月形沙丘的上部和丘顶等。由此可见,研究区固定、半固定新月形沙丘内部构造及其组合分布特征异于流动新月形沙丘,也与半个多世纪以来北疆沙漠气候变暖变湿、平均风速减弱、植被盖度增加的区域自然地理环境变化趋势有一定的吻合性。     

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。     

库姆塔格沙漠风沙活动特征

库姆塔格沙漠面积虽然较小,但其风沙地貌类型复杂,包含格状沙丘、复合型沙垄、金字塔沙丘以及"羽毛状"沙丘,其中"羽毛状沙丘"是该沙漠独特的沙丘类型,"羽毛状"沙漠也成了库姆塔格沙漠的代名词。以往对该沙漠风沙地貌的研究局限于遥感影像的判读或者理论分析,很少有实测数据的支持。近期对该沙漠的综合考察对该沙漠的风沙地貌有了新的认识。以建立在库姆塔格沙漠4个方位的5个气象站(测风站)的实测资料为基础,对库姆塔格沙漠近地层风况、风沙活动特征进行了研究。结果表明:(1)库姆塔格沙漠近地层风向复杂,总体可分为两种基本类型风向的区域:沙漠西北和北面为两组风向,而东南和南边为三组风向。(2)库姆塔格沙漠风沙活动强烈,沙漠绝大部分区域属于中风能环境外,南部部分地区都属于低风能环境。(3)该区域的风沙地貌类型和近地层风向特征与合成输沙势方向吻合,年合成输沙势方向在沙漠的西北和北面为西南方向,在多坝沟地区,输沙方向为西北方向,在沙漠南面为东北方向。风向变率在0.3~0.8之间,属于中比率,风况特征属于钝双峰风况或锐双峰风况。年输沙量在0.53~1.14 t/m2之间。     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠.利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征.结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异.各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4-9月)＞积雪期...     

毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识

作为地球环境系统的重要组成部分,沙漠和沙地对气候变化响应敏感。沙漠沙地的环境变化关系到区域的可持续发展,并且通过一系列反馈作用,会影响区域与全球的气候环境。位于中国北方中部的毛乌素沙地是全球中纬度地区的典型沙地,其环境变化与全球其他沙漠沙地具有相似性和同步性。中国学者对毛乌素沙地风沙环境变化的研究开展较早,在国内外有重要的影响。本文系统梳理了该方面的相关研究,围绕“风沙环境变化的过程与机制”这一核心问题,总结学术界在毛乌素沙地晚新生代形成发展、晚第四纪扩张与多旋回变化、全新世中期固定以及晚全新世沙丘再活化等方面取得的重要进展,尤其是获取了毛乌素沙地不同阶段风沙环境变化的关键证据,并据此提出“构造—轨道尺度上沙地形成与变化的全球温度变化驱动”“千年—百年尺度沙丘系统的非线性响应”等新的理论认识。未来应继续加强沉积证据的积累、新测试手段的拓展应用、基于过程分析的精细重建、数值模拟与预测等研究,着力探究风沙环境变化的动力学机制、人与干旱区环境复杂系统的耦合关系以及各圈层的互馈作用,这对于自然地理学学科传承、交叉学科的融合发展以及地球系统科学的理论构建都具有深远意义。     

基于DEM数据的巴丹吉林沙漠沙丘分布规律及其形态参数

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型（DEM）因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来，受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定，对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部，缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究，是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象，利用研究区DEM数据和一种新的算法，研究了沙漠内两种主要类型沙丘（横向沙丘、星状沙丘）的分布规律及其形态参数特征。结果表明：沙漠内独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，高度超过350 m的巨型沙山共有53座，其中星状沙山7座，最大高度383 m；横向沙山46座，最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在现代气候和环境条件下，横向沙丘高度仍在增加，而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NW-SE。横向沙丘起沙风风向单一，沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向；星状沙丘起沙风风向略为复杂，沙丘存在多个次级轴向。     

关于库姆塔格沙漠“羽毛状”风沙地貌的讨论

库姆塔格沙漠是我国最后一个完成综合科考的沙漠,以其北部的“羽毛状”沙丘著称。以往关于库姆塔格沙漠风沙地貌的认识主要基于遥感影像判读。最近深入沙漠腹地的实地考察引发了对该沙漠“羽毛状”沙丘的争论。本文从地质构造、遥感影像纹理特征、沙丘形态特征、风况特征、组成沙丘沉积物的粒度特征、矿物组成、光谱特征、颗粒形貌等多层次、多视角探讨库姆塔格沙漠的“羽毛状”风沙地貌。提出从三种空间尺度上区分“羽翼状”沙漠、“羽毛状”图案（伪羽毛状沙丘）和“羽毛状”沙丘的必要性。认为：①库姆塔格沙漠的 “羽翼状” 总体格局是受新构造运动控制的。②以往基于航片判读确认的“羽毛状”沙丘实际上是由线性（赛夫）沙丘、丘间走廊的亮色浮沙片和残余暗色粗沙地的反照率对比形成的“羽毛状”图案,并非真正的复合沙丘。③真正的“羽毛状”沙丘应该是指有明显新月形沙丘遗留翼角的赛夫沙丘（线性沙丘）的变型。④由赛夫沙丘到“羽毛状”沙丘,风况愈来愈复杂。     

中国科学院新疆生态与地理研究所首个可移动环境风洞研制成功

为了更好的开展风沙运动、沙丘形成演变模拟、土壤风蚀控制、工程沙害防治、风沙干扰下的植物生理、生态等研究,在野外不同环境现场以及室内不同人工模拟下垫面(下垫面类型包括:农田、戈壁、林地、干涸盐湖、冲洪积平原、河流尾闾干三角洲、半固定沙漠丘间地、流动沙漠丘间地等)进行风洞试验,中国科学院新疆生态与地理研究所委托中国航空工业气动研究所设计制造,在兰州沙漠所风沙研究专家凌裕泉以及西安交通大学王元教授的指导下于2011年5月建造完成了新疆首个野外移动风洞。     

古尔班通古特沙漠及周边区域全新世环境演变研究进展

古尔班通古特沙漠作为中国最大的固定、半固定沙漠,是中国境内受西风环流影响最为明显的沙漠之一,其全新世环境演变过程及其对全球气候变化的响应和反馈,对理解该区现代地表过程与未来环境演变趋势具有重要的科学意义。古尔班通古特沙漠及周边区域全新世环境演变研究的结果明显不同,存在中晚全新世和中全新世降水/湿度变化最优期的分歧,成因机制存在季风深入内陆和西风总体控制的争议。以目前区域已发表的多载体记录为基础,通过降维和集成分析重建了该区全新世气候/湿度变化背景,梳理区域风沙沉积地层年代学时空分布,集成了该区全新世风沙活动历史,进而探讨区域风沙活动与湿度变化的耦合关系。结果表明该区早中全新世（12～6 ka）气候干旱,风沙活动强烈;中晚全新世以来湿度逐渐增加、风沙活动逐渐减弱。通过区域及半球尺度的对比分析,发现该区环境演变过程主要受西风环流的控制。     

巴丹吉林沙漠高大沙山的形成发育研究

通过对巴丹吉林沙漠高大沙山的考察，以及沙丘形态和风况、沙山TL测年、古沙丘层理产状等的研究表明，高大沙山的形成发育受沙源、风系、底基地形和灌草植被等因素的影响。第四纪以来弱水古水系的变迁为沙漠及沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。沙山发育的受西风和西北风两大盛行风系的控制，末次冰期以前为西风环流主导时期，地表盛行风向为西风，次为西北风；末次冰期以来为季风环流主导时期，地表盛 行风为西北风，次为西风。沙山底基地形的起伏不仅诱发近地表气流产生波伏运动，同时也是风沙流运行的障碍。气候湿润期发育的沙丘灌草植被通过抑制风蚀、扑捉风沙等作用加速沙山的发育。高大沙山是新月形沙丘和沙丘链、复合新月形沙丘和沙丘链演进而形成的大型稳定风积床面形态。     

塔里木沙漠公路不同地貌部位的产式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明：垄间平地路段高立式沙障可以在２￣３年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低;垄间新月型沙丘（链）路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度     

粒度分析在塔克拉玛干沙漠研究中的应用

本文重点探讨了塔克拉玛干沙漠的风成沙粒度组成特征及其与物源的关系，同时对沙丘的下伏地层沙、现代河流沙及丘间地沙的粒度组成也进行了对比。通过对该沙漠第四纪沉积物的粒度分析，证实了风成沙的粒度分布以极细沙为主，不含粗沙，粉沙含量极小；粒度组合、分选主要受营力和源区物质制约，结果使粒度空间分布形成格局。总之，通过粒度分析得到一系列量化指征，可为研究风沙流运动，探讨沉积环境和改造沙漠、发展沙产业提供理论依据。     

库鲁克沙漠风沙地貌与沙丘移动

库鲁克沙漠位于塔里木河下游以东，是塔克拉玛干沙漠的重要组成部分。利用风况资料和Google Earth卫星影像，对该沙漠的风沙地貌及其移动特征进行分析。结果表明：库鲁克沙漠风能环境属于低至中等；合成输沙势方向为西南至西南偏西方向；方向变率属于中等。具有风积和风蚀两种地貌类型，风积地貌类型主要包括平沙地、灌丛沙丘、新月形沙垄、新月形沙丘及沙丘链、复合新月形沙丘和复合型沙丘链，风蚀地貌类型主要为雅丹。沙漠西部新月形沙丘的移动方向为西南偏西方向，与当地合成风向大体一致。沙丘移动速率为9.5~37.8 m·a^-1，呈现明显的空间差异，主要取决于当地风况、沙丘高度和沙丘密度等因素，与沙丘高度和沙丘密度呈指数负相关关系。沙丘的形成发育及其移动是由多种因素相互作用的复杂过程，而这种复杂性塑造了丰富的风沙地貌类型及其区域差异性。     

黑河流域中游沙漠风能环境与风沙地貌

在黑河流域中游,沙漠分布在绿洲附近或绿洲之间。近年来,由于气候变化和人类活动的影响,该地区的生态与环境恶化。目前,虽然对该地区的生态与环境等问题进行了大量的研究,但关于绿洲及沙漠风能环境的研究较少。本文利用自动气象站的风资料、环境减灾卫星影像（HJ-1A/B）和Google Earth高清影像,对黑河流域中游沙漠的风能环境与风沙地貌进行探讨。结果表明：黑河流域中游沙漠的北部为高风能环境（>400）,中部为中风能环境（200～400）,南部为低风能环境（<200）;合成输沙势方向总体为东南方向,但在不同区域有所差异;方向变率在北部和中部属于中等变率,南部属于低变率。内陆河流域下游的冲积-洪积物是该地区沙漠形成的物质基础。风能环境与风况对风沙地貌沙丘的形成起着重要作用,但沙源供应对沙丘形态特征的作用不可忽略,在相同的风况下,新月形沙丘（链）、格状沙丘和金字塔沙丘可能共同存在,造成这种格局的主要原因在于沙源的供应程度,按新月形沙丘（链）—格状沙丘—金字塔沙丘顺序,沙源供应逐渐增加。研究区的沙丘类型包括新月形沙丘链、格状沙丘、灌丛沙丘、沙垄、金字塔沙丘、线形沙丘等。     

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。     

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。     

塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治

塔克拉玛干沙漠公路447 km路段穿越新月形沙丘与沙丘链、复合横向沙垄以及高大复合纵向沙垄区,风沙危害极为严重,被誉为“世界公路建筑的奇迹”。为解决沙漠公路风沙防护体系构建的一系列科学与技术问题,沙漠学界随之开展了风沙运动规律,风沙危害的成因、强度、时空分异及其机械、化学、生物防治的理论与应用研究。本文对风沙危害及其防治研究的主要内容及研究进展进行了全面总结,认为塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治的理论研究成果与实践应用水平取得突破性进展。