塔克拉玛干沙漠风沙运动若干特征观测研究

以塔克拉玛干沙漠公路沿线为研究区, 选取复合沙垄、新月形沙丘和平沙地三种典型风沙地貌为床面, 通过实地观测与分析, 研究了塔克拉玛干沙漠风沙流结构及其输沙强度等风沙运动特征. 横向沙丘链、纵向沙垄及平沙地上风沙流输沙量的对数与高度之间表现为线性关系, 即风沙流输沙量百分数随高度增加呈指数函数递减, 10 cm高度内输沙量占观测高度(40 cm)内总输沙量的80% ~ 95%, 20 cm高度内输沙量占总沙量98%以上. 不同地貌类型和地貌部位, 输沙率差异甚大. 并根据对风沙地貌成因、形态类型与分布特征的调查分析, 将复合横向沙丘链-冲积平原与高大复合纵向沙垄-垄间低地两种塔克拉玛干沙漠典型地貌组合的风沙流运动划分为若干状态特征带, 由工程设施所处地形与地貌部位, 可定性判断风沙危害类型与强度, 进而确定防治方案和措施.     

人工模拟戈壁风沙流与风程效应观测

风程效应是研究土壤风蚀和风沙流的一个重要概念,它影响土壤风蚀和风沙流的发生发展过程.对风程效应的研究有助于进一步认识风沙运动机制,为完善风沙物理和土壤风蚀研究提供科学依据.本文选择腾格里沙漠东南缘的中国科学院风沙综合观测场人工模拟戈壁为研究对象,利用多路方口集沙仪对戈壁不同风程长度的风沙流进行观测,旨在说明戈壁风程效应与风沙流的关系.研究表明,风程对风沙流通量具有明显的影响,风沙流通量的拟合系数和相对递减率均随风程增加先减小后增加.风程不同,输沙率不同,总体表现为输沙率随风程增加先增加后降低,地面以上部分最先达到最大值,风程长度为34m左右,随后降低;随高度增加,最大输沙率所对应的风程长度有增加趋势.     

典型下垫面风沙流中风速脉动特征研究

通过对流沙、戈壁地表风沙流中风速特征研究发现：对于特定的下垫面, 风沙流中各高度层脉动风速具有很好的相关性; 随不同高度间距离增加, 瞬时风速在时间序列上波动的均一性呈递减趋势; 瞬时风速的波动性主要与其所在高度层的沙粒数量和运动状态有关, 二者存在一种动态的互馈关系; 脉动强度随进口风速的增加而增大, 而脉动风速的相对值与进口风速无关, 只是对应高度的函数.     

戈壁表面阻力系数的实验研究

气流对戈壁表面的响应可定量地用阻力系数来表征.通过风洞模拟实验研究了风蚀戈壁表面阻力系数与砾石粒径、覆盖度的关系.结果表明,当砾石覆盖度大于40％～50％时,戈壁表面阻力系数趋于常数.据此,结合野外调查结果认为,我国干旱区的广大戈壁风蚀面大多在空气动力学上是稳定的,至少不是现代风沙活动及沙尘暴的主要物质源地,在戈壁地区风沙活动及沙尘暴防治重点应放在砾石覆盖度较小的“土戈壁”上.用回归方法建立了包含砾石粒径与覆盖度两个变量的阻力系数预测模型,与风洞实验值吻合得比较好（R2=0.94）.通过阻力系数随砾石摩阻雷诺数的变化规律判定,戈壁风蚀面摩阻效应随戈壁砾石粒径与覆盖度的增大而提高.     

竖向地震荷载下人字批顶结构石窟的稳定性分析

我国部分石窟的空间建造采用了人字批顶形式,体现了中国传统建筑形式与佛教石窟建造形式上的融合.选取莫高窟典型的人字批顶结构的254号石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,考虑了竖向地震荷载作用,通过输入不同地震加速度时程,计算了4种模型情况下石窟岩体的拉应力分布情况.结果表明,石窟的人字批顶处易形成较大拉应力区,易遭受地震破坏;石窟中心塔柱可以有效地提高所在石窟岩体的抗震能力,但对下部窟体的上部岩体会产生应力集中,是窟体防护加固的重点部位.同时,对于洞窟密集而又分上下几层的石窟群,在抗震防护中应充分考虑竖向地震荷载的作用.     

风沙对结构冲击作用的研究进展与展望

沙尘暴本质为风携沙的气固两相流,对建构(筑)物产生的作用力由风荷载和沙粒的冲击荷载组成。遗憾的是,目前的结构抗风设计仅考虑风荷载作用,忽略了沙粒对结构的冲击效应,且因为研究手段有限,目前的研究成果不足以全面地反映风沙对结构物冲击行为的机理。文中将沙粒的冲击行为研究现状分为3部分:冲击前沙粒的运动、冲击时的接触碰撞以及冲击后的冲蚀磨损,以此概述了风沙对结构物冲击行为的研究现状,并总结了目前研究中出现的主要问题,最后提出将数学模型推导、风沙风洞试验、现场实测、数值模拟4个方面系统结合,综合开展风沙流及沙粒对结构的冲击机理及冲击作用研究的展望。     

雅鲁藏布江河谷风沙地貌形成机制与发育模式

雅鲁藏布江河谷风沙地貌有 4级 2 1个类型 .河谷区具有风沙地貌发育的环境条件 .由MM4中尺度气候模型模拟的河谷冬半年近地表流场和风矢量场从宏观上反映了有利于风沙沉积的河谷流场 ,在总体上制约了风沙地貌的分布区域与地貌部位 .沙丘、沙丘群发育主要有迎风阻滞沉积、背风回流沉积和弯道绕流沉积三种方式 ,经历了风力作用沙丘形成 水力作用沙丘消减的正、逆交替过程 ,并自初生带→主体带→消退带演化 ,最终以爬升沙丘 (片 )或下落沙丘形态消退或消亡 .     

巴丹吉林沙漠沙山表层径流的发现及其指示意义

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠发现了沙山斜坡上的表层径流物理沉积及化学沉积、沙山洼地罕见的地表超渗径流和沙山底部泉水溪流.根据电镜观察、能谱分析、入渗实验、含水量测定和粒度分析等资料,研究了表层径流化学沉积物的矿物和化学组成、物理沉积物的粒度组成、沙山区水分平衡、大气降水对地下水与湖水的补给条件和补给机制.超渗径流与表层径流的存在表明,该区存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.各种表层径流物理沉积与化学沉积、泉水溪流、超渗径流与含量为3~6%的重力水等8项科学证据十分可靠地从深层次上证明,该区降水通过入渗达到了沙山的底部,已经对地下水构成了补给.新生方解石和石膏等径流化学沉积物和灰黑色物理沉积物以及径流沉积扇形地演化的阶段性均指示该区大气降水对地下水的补给不是偶然的降水事件造成的,具有长期补给性.细粒层的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区具有一定有效降水能够提供水分补给源、沙层的高入渗率能够将大气降水快速转化沙层水、植被稀少蒸腾量少、沙层受蒸发影响深度小降低了蒸发对水分的消耗、沙层含有运移较快的重力水是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的5个因素,这5个因素的共同作用构成了该区大气降水向地下水的补给机制,为地下水和湖泊提供了水分补给来源.本文对国内外沙漠区水循环、地下水补给条件、补给动力和补给机制的研究具有重要参考意义.     

综合地球物理在荒漠覆盖区隐伏矿床预测与定位中的应用:以新疆拉伊克勒克铜多金属矿床为例

随着人类对资源的需求的增加,传统的矿产勘探空间已经越来越小,必须拓展新的找矿空间,近年来,全球资源能源勘查已经转向大陆深部和覆盖层之下.中国西部广泛分布的荒漠戈壁区,找矿勘查工作程度相对较低,有着巨大的找矿空间,但由于没有露头地表地质观察无法获取成矿信息,地质理论预测的不确定性大幅增加,制约了隐伏矿预测和定位的效果,亟待加强对荒漠覆盖区隐伏矿勘查技术的研究,探索有效的技术方法体系.本文选择准噶尔盆地东缘琼河坝地区为例,开展荒漠戈壁覆盖区找矿预测实践.首先以高精度地面大比例尺重力和磁力资料为基础,采用多尺度边缘检测技术划分断裂构造.然后结合重磁三维反演和多尺度边缘检测技术,开展了隐伏岩体的三维形态识别.在此基础上,结合区域化探和地质资料,预测了 7处找矿靶区.对其中的拉伊克勒克靶区进行了大比例尺地球物理和钻探查证,从预查到详查,通过地球物理技术的创新组合,在地表没有矿化线索的荒漠戈壁之下,新发现和评价拉伊克勒克大型铜多金属矿,实现琼河坝地区荒漠戈壁覆盖区找矿突破.结果证明我们提出的荒漠覆盖区隐伏矿预测与定位技术,在类似景观区具有一定的借鉴和示范意义.拉伊克勒克大型铜多金属矿的发现,也说明在新疆、内蒙等戈壁荒漠覆盖区找矿工作大有可为.     

鸣沙表面结构特征与共鸣机制的模拟实验研究

鸣沙发声机制是风沙物理学中长期悬而未决的重要问题. 在前人研究的基础上, 通过采自沙漠和海滩哑沙及敦煌鸣沙山鸣沙变哑的哑沙的冲洗实验、玻璃微珠表面化学溶蚀实验、表面覆盖实验及SEM的分析. 发现: 鸣沙发声与沙粒表面有无 SiO₂凝胶无关, 也与其表面的化学组成无关, 而与自然沙粒表面由风蚀、水蚀、化学溶蚀及硅凝胶沉淀等多种因素所形成的多孔(坑)状物理结构所构成的共鸣腔有关. 其共鸣机制与亥姆霍兹共鸣腔相似. 其次, 粉尘或更细的黏粒等杂质侵入沙粒表面的孔洞所产生的阻尼作用, 可导致鸣沙共鸣机制丧失而变为哑沙. 因此, 清除石英颗粒表面各种细小杂质对多孔结构的污染是恢复哑沙发声的有效途径     

中国沙漠元素地球化学区域特征及其对黄土物源的指示意义

沙漠释放的矿物尘是大气气溶胶的重要组分之一.中国北方干旱半干旱沙漠、沙地和中国北方戈壁及邻近的蒙古国戈壁(下文简称戈壁)是亚洲风尘的潜在源区.然而,矿物尘源区常量元素特征缺少系统研究.本研究采集中国北方12个沙漠(地)及中蒙边境戈壁310个流动或半流动沙丘地表沙样,结合前人发表的数据,系统分析了中国沙漠表层样品常量元素特征,结果表明中国沙漠常量元素存在明显的区域差异性,可分四个区:(1)西部的塔克拉玛干、库姆塔格、柴达木沙漠;(2)中西部的巴丹吉林、腾格里、库布其和毛乌素沙漠;(3)东北的呼伦贝尔、浑善达克和科尔沁沙地;(4)戈壁和古尔班通古特沙漠.中国沙漠的SiO_2和CaO含量变化较大,SiO_2平均含量总体上呈现西低东高的变化趋势,CaO平均含量呈现西高东低的变化趋势(SiO_2和CaO平均含量在西部沙漠分别为64.5%和7.8%;戈壁为71.3%和2.2%;中西部沙漠77.6%和2.1%;东北沙地85.7%和0.8%).沙漠常量元素含量变化主要受控于两个方面:源区岩石的组成和新鲜物质的供给.西部沙漠新鲜物质供应充分,SiO_2/(Al_2O_3+K_2O+Na_2O)低,源岩具有高铁镁质和高碳酸盐物质的特征;而东北沙地缺少新鲜物质供应,SiO_2/(Al_2O_3+K_2O+Na_2O)高,原岩含钾长石等花岗岩物质,表现高SiO_2和K_2O含量特征.通过SiO_2/10-CaO-Al_2O_3、(K_2O+Na_2O)-CaO-Fe_2O_3和CaO-Na_2O-K_2O等三角图解可较好地将各个区域的沙漠加以区分.黄土丰富的碳酸盐矿物,结合Fe_2O_3/Al_2O_3和K_2O/Al_2O_3等其他元素地球化学特征,我们认为西部与中西部沙漠可能是黄土高原黄土潜在的物源区.     

敦煌莫高窟主要病害及防治对策

概述了敦煌莫高窟地震、地质灾害、风沙、壁画和彩塑病害、旅游公害、人类社会经济活动所产生的不良影响等主要灾害的特征，详细分析了其致灾因素和背景并对综合减灾的战略措施提出了可操作性的建议，以便为敦煌石窟的科学保护和文物修复工作提供理论基础和实践依据     

大足石刻北山168窟围岩病害高频瑞雷波成像

大足石刻北山168窟为五百罗汉窟,开凿于1119年至1125年,窟高3.3m,宽3.14m,进深7.1m,是大足石刻中尺寸较大的一个重要洞窟。目前,168窟围岩裂隙风化病害十分严重,面临失稳坍塌的危险。为制定针对性的长久保护措施,需查明168窟围岩病害的现状。通过现场调查、物探、钻探等技术手段,获取了大足石刻北山168窟及邻近区域的工程地质条件。进一步,采用高频瑞雷波探测技术对168窟顶板岩体进行瑞雷波相速度成像,考虑168窟顶板岩体特定的围岩边界条件和场地工程地质条件,对洞窟顶板岩体瑞雷波相速度-深度成像剖面中的低速区分布进行成因分析和解译,揭示石窟顶板岩体风化现状和节理裂隙的发育情况。为分析评价洞窟围岩稳定性和石窟保护工程设计提供基础性地质资料和必要的计算参数,也为相关技术在文物保护工程的应用提供经验和借鉴。      

甘肃第一家世界地质公园终于正式亮相 没错！必须是敦煌

奇妙壮观的雅丹地貌,山泉相映的鸣沙山-月牙泉,广袤壮阔的沙漠、戈壁和西湖湿地,举世闻名的莫高窟,见证古丝绸之路的文化遗址阳关、玉门关以及古军事遗址汉长城,构成了敦煌最鲜明的特色。千百年来,敦煌作为东西方多种文化融汇与碰撞的交叉点,孕育了深远悠长、令人神往的敦煌文化,吸引着全世界热爱文化和艺术的人们。不久前,敦煌世界地质公园举行揭碑开园仪式,这是保护敦煌地质遗迹、合理开发旅游资源的一个新的里程碑.     

南方红壤区长期水土流失综合治理显著减少河流输沙——以鄱阳湖流域赣江上游平江为例

长时间序列水沙数据分析有助于科学评价流域尺度水土保持减流减沙效应,为科学开展区域水土保持成效评估提供实现路径.本文选取南方红壤区水土保持工程最为集中、持续时间最长的典型流域——平江流域,基于1975-2014年的逐日降水量、流量、含沙量数据,综合应用预置白M-K检验法、Theil-Sen趋势度估计法、Pettitt检验法与累积量斜率变化率比较法,开展河流水沙变化特征及归因分析,揭示长期水土流失治理对河流水沙的影响.结果表明:(1)1975-2014年平江年输沙量、汛期输沙量和非汛期输沙量均存在显著减少趋势,年均减少率分别为2.38×10⁴、1.75×10⁴和0.44×10⁴t/a,汛期输沙量在流域开始实施系统水土流失治理时即发生突变,而年输沙量和非汛期输沙量在系列国家水土保持重点工程实施一段时间后方开始突变;(2)流域长期水土保持显著减少平江输沙,但对径流无显著影响,重点治理期、治理后期以水土保持为主的生态保护工程对输沙量减少的贡献均在94.0%以上,且生态保护工程对汛期输沙量减少的贡献较非汛期的更为突出;(3)以水土保持为主的长期生态保护工程导致平江全年、汛期、非汛期输沙量分别减少59.3%、60.7%和55.7%;(4)在剔除大型水利工程(尤其是大中型水库)建设影响后,南方红壤区可以基于长时间序列水沙数据分析科学评价流域尺度水土保持减流减沙效应.研究结果可以为南方红壤区流域尺度水土保持减流减沙效应评价提供参考,并有望为区域系列国家生态保护与建设工程的布局和管理提供科学依据.     

西北干旱区荒漠戈壁动量和感热总体输送系数

利用“我国西北干旱区陆-气相互作用观测试验”, 于2000年5～6月在敦煌进行的陆面过程野外观测实验加强期的观测资料, 依据3种不同方法确定了干旱荒漠戈壁区地气之间动量和感热总体输送系数Cd和Ch. 结果表明: 尽管这3种方法计算的总体输送系数有一定的差别, 但在量级上相当, 平均值比较接近. 此外, 还通过对风向的分析, 剔除了附近建筑物干扰, 得出了典型干旱区荒漠戈壁总体输送系数与总体Richardson数的关系和典型值范围.     

非对称型强飓风中的准平衡流特征分析

本文在论述飓风发生发展生命史过程中平衡、准平衡和非平衡态动力学特征的基础上,应用PV-ω方法,对具有非轴对称和长时间强度维持特征的飓风Bonnie（1998）进行了反演诊断分析,结果表明：基于非线性平衡模式的平衡流能够描述飓风水平涡旋场的基本特征,而加入准平衡ω方程得到的准平衡流能反映边界层入流、高层出流、眼墙区的剧烈倾斜上升运动和眼心区域的下沉运动.准平衡流描述了具有较长生命史组织化过程的强对流系统,而与其相联系的辐散运动与涡度同量级,证明了飓风准平衡流场具有涡散运动共存的特征,但在边界层顶的入流急流区和高层出流区仍存在高度非平衡态的超梯度流.利用反演的准平衡流场分析发现,当由环境风场低层到高层存在顺切变时,飓风内中尺度对流带移动方向的左侧,有利于强对流单体的发展和新对流单体的形成,右侧则相反,同时强气旋式旋转流场的作用,使得对流单体形成后随基本气流传播至对流减弱区,造成了飓风非对称结构的形成和维持.     

第24个“世界防治荒漠化与干旱日”特别报道:聚焦国家沙漠(石漠)公园 中国抗沙前线“百园大战”

正荒漠化被称为"地球的癌症",是全球生态领域的一大热点和难题。今年6月17日是第24个"世界防治荒漠化与干旱日"。根据国家林业和草原局最新监测显示,自2000年以来,每5年监测一次,全国沙化土地面积已实现连续3个监测期缩减。然而,全国仍有4亿多人口在遭受着风沙的危害。荒漠化治理、荒漠生态系统的保护是国家沙漠公园建设的根本目的。从2014年世界上离城市最近的沙漠——库木塔格沙漠,正式挂牌"中国国家沙     

蒙古西北部Tolbo湖沉积物粒度敏感组分记录的全新世风沙活动

作为全球主要的粉尘源区之一,亚洲中部干旱区全新世环境变化备受关注,但目前仍缺乏连续的风成沉积记录。本文利用蒙古西北部Tolbo湖岩芯（TB19-A,332 cm）沉积物,在AMS14C定年和粒度分析基础上,采用对数正态分布函数拟合及粒级-标准偏差相结合的方法分离出沉积物中风成组分以重建区域风沙活动历史。结果显示,Tolbo湖沉积物中值粒径为15～84μm和大于84μm的组分分别是区域尘暴和局地风沙活动的良好指标。蒙古西北部地区末次冰消期晚期（13.75 11.6 cal ka BP）,Tolbo湖流域内有较强的局地风沙活动,可能与YD寒冷事件有关。全新世以来,流域内局地风沙活动与蒙古西北部区域尘暴活动的变化具有一致性,具体表现为：早中全新世风沙活动总体较弱,其中9.7 8.6 cal ka BP和7 6 cal ka BP为区域尘暴较强时段;5 cal ka BP之后局地风沙活动与区域尘暴强度显著增加,直至0.7 cal ka BP两者均维持在较高水平;0.3 cal ka BP以来区域尘暴活动再次增强。蒙古西北部与中国北方公海、博斯腾湖记录的尘暴历史具有一致的变化趋势,反映了与西伯利...     

中国东部沙漠/沙地全新世地层序列及其古环境

通过对比中国东部沙漠/沙地典型地层序列的年代和古环境代用指标,文章揭示了中国东部沙漠-沙地全新世以来的地表环境变化特征及其对古气候变化的响应.风沙-古土壤沉积序列中一系列的古环境代用指标和光释光测年数据显示:(1)库布齐沙漠大规模现代沙丘景观形成于全新世时期;并在4~2ka期间普遍发育古土壤,指示了该时段区域降水量或有效湿度增加并促进了植被生长,风沙活动减弱,进而导致有机质累积、土壤发育;最近2ka沙丘大规模的扩张除了受自然因素影响,还与人类活动密不可分,丰富的沙源和人类活动共同促成了该沙漠现代景观的形成.(2)浑善达克沙地现代沙丘景观可能形成于12ka左右,而在此之前浑善达克沙地西部应是一个大湖;在9.6~3ka期间,浑善达克沙地比现代明显湿润,普遍发育古土壤,然而风沙活动并未完全停止;全新世湿润期在该沙地可能具有穿时性,沙地东部气候条件的转好早于西部.(3)呼伦贝尔沙地的古土壤早在14.5ka便开始发育,可能一直延续到最近2ka.中国东部各个沙地的古土壤发育具有高度的空间异质性,甚至各个沙地内部不同地点的古土壤发育时间也不一致,但是总体上中全新世(尤其是在7.5~3.5ka)各个沙地趋于固定,风沙活动强度显著减弱.近十年来中国东部沙地的古环境记录数量迅速增长,但是已经发表的数据数量与中国东部沙地广大的空间范围仍然不匹配,要全面理解中国北方风沙活动与气候变化的关系还需对更多的风沙沉积剖面进行深入研究.