库姆塔格沙漠大尺度风场特征分析

利用美国NCEP/NCAR1979—2006年27 a地面10 m高度的日平均风场再分析-2资料以及46 a的地面常规气象站观测资料和1 a的沙漠中自动气象站观测资料,对库姆塔格沙漠地区风场进行了统计与诊断分析。结果表明：沙漠地区,一年四季北风和东北风为近地面主要存在的风向,春季风速最强,夏季次之,秋冬季最弱;在夏秋冬季节,由于北风的逐渐减弱,加上受到南侧阿尔金山和青藏高原风场的影响,南下的气流在沙漠南侧分为三支,分别流入新疆、青海和甘肃。春夏季节在沙漠北侧基本都是以东北风或者西北风吹向库姆塔格沙漠,秋冬季节,沙漠地区出现西南风。根据沙漠周围6个气象站风场风速显示,库姆塔格沙漠地区风速存在明显的周期变化,在过去的10多年中库姆塔格沙漠周围风场风速处于一个低谷期,但最近几年风速有不断加强的趋势。     

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。     

库姆塔格沙漠的形成时代与演化

库姆塔格沙漠腹地广泛出露含古风成砂的第四纪地层剖面。根据含古风成砂地层剖面的野外调查与地层年代的室内分析结果,并与已有的周边区域地质资料对比分析,库姆塔格沙漠形成至少始于早更新世初,到中更新世晚期285.9±42.9 ka BP沙漠已大面积扩展形成,奠定了现代沙漠环境格局。沙漠最初从西南部开始形成,之后向北和东北扩展。依据梭梭沟地层剖面,沙漠在第四纪演化过程中至少经历了19个沙漠正、逆过程旋回,平均周期约为110 ka。新构造运动对沙漠的形成演化和地貌的形成发育具有重要作用,构造了山间断陷盆地并使其逐渐向封闭的干旱盆地演化形成沙漠,受四周断裂控制沙漠整体形态呈"扫帚状"。分布在沙漠北部的独特砾石体地貌形成于晚更新世末(285.9±42.9)ka BP之后。     

库姆塔格沙漠古水系变迁与沙漠地貌的形成

通过库姆塔格沙漠现场考察, 借助卫星遥感影像并结合地形图和相关研究文献, 对库姆塔格沙漠古水系变迁及其与沙漠地貌形态的形成和变化关系进行了研究, 初步认为: 阿尔金山北麓洪积扇发育和古水系变迁奠定了库姆塔格沙漠形成和演化的基础。第四纪初期阿尔金山强烈抬升之后, 大量剥蚀物质通过洪水搬运, 在阿尔金山北麓堆积, 形成巨厚的第四纪洪积扇层。洪积物不断堆积过程抬高了洪积扇前缘海拔高度, 导致洪积扇和古水系逐渐向海拔较低的右侧(东) 偏转发育和变迁。受卡拉塔什塔格-多坝沟一线的低山阻挡, 洪水携带剥蚀物在低山北侧堆积少而导致低山北侧的洪积扇海拔比其西部海拔低是洪积扇和古水系向右侧(东) 偏转发育和变迁主要原因。当阿尔金山隆升稳定后, 古水系的功能由对剥蚀物搬运转变为对洪积扇的冲蚀, 在洪积扇上形成冲蚀浅沟。流水进一步冲蚀洪积扇层和底部基岩, 形成了恰什坎萨依、厄格孜萨依、梭梭沟、八龙沟、多坝沟等冲蚀沟谷。同时, 流水不断改造 洪积扇, 形成了沙漠地貌的基本框架。库姆塔格沙漠是在流水地貌的基础上, 经过强烈的风蚀风积作用塑造, 形成了“帚状”形态和“羽毛状沙丘”独特的沙漠地貌景观; 广布于沙漠中的砾石体是洪积扇发育完成及沙漠形成后在较短时间里发生的大规模洪水事件的产物, 是古水系对剥蚀物的又一次搬运和堆积所致。     

库姆塔格沙漠地区土壤及分布特征

库姆塔格沙漠是我国最后一个进行大型资源环境综合考察的沙漠。该区域土壤研究被列为国家科技部科技基础工作专项“库姆塔格沙漠综合科学考察”的9个科学考察专题之一。通过2007年和2008年两次秋季野外集中科考,得到的初步结论是:在土壤类型和分布特征方面,库姆塔格沙漠地区地带性土壤类型为棕漠土,土壤分布高度地带性显著,存在多种地带与非地带性土壤类型中微域组合。在土壤形成发育和演变方面,表现出土壤形成过程中的风蚀、沙化严重,常使许多土壤类型处于复幼过程;土壤盐分表聚明显;土壤形成发育和演变过程受水文过程主导;区域土壤普遍肥力低下。     

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。     

库姆塔格沙漠水文调查初步结果

基于2007—2009年的3次野外考察和样品分析,初步研究了库姆塔格沙漠的水文和水化学特性。库姆塔格沙漠水系分为4个分区,即西部区、中部区、东部区和党河区。库姆塔格沙漠地区瞬时径流量普遍较低,东部河流径流量相对较大;泥沙含量普遍较低,平均为1.04 kg·m-3。区域内水体矿化度较高,以微咸水和咸水为主,水化学类型总体上为氯化物-硫酸盐/钠质-钙质水,主要受到沙漠干旱气候和区域地质地貌的影响。     

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。     

库姆塔格沙漠典型线形沙丘粒度特征

对库姆塔格沙漠不同区域典型线形沙丘不同地貌部位的表层沉积物进行了粒度分析。结果表明：线形沙丘沙物质组成的优势粒级为中沙、细沙和极细沙,所占比重分别为28.85%、30.92%和25.98%。根据沙丘剖面形态和粒度特征,该沙漠的线形沙丘可分为两大类,第一类剖面形态不对称,沙物质由沙丘两翼底部向脊部逐渐细化、分选变好,分布于沙漠的东北部、中部、南部和西部;第二类剖面形态较为对称,沙物质在两翼中部最细,脊部最粗,坡脚次之,分选性无明显变化规律,分布于沙漠的东部。对这两类线形沙丘粒度特征的形成原因做了探讨,初步认为第一类是沙物质经风选的结果,而第二类则是风选、物源风化等综合影响的结果。     

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。     

Pseudo-feathery dunes in the Kumtagh Desert

The Kumtagh Desert is the last explored desert in China. The unique patterns on aerial photographs and satellite images have led previous researchers to the conclusion that the Kumtagh Desert is the only place over the world where typical feathery dunes are developed, and that some unique wind regimes are at work. Recent field investigation reveals that the feathery patterns in fact reflect the albedo contrasts between the seif dunes, bright dune-like drifts and the dark inter-dune lag sediments. The wind regime in the area containing the so-called feathery dunes is typical of the regime that produces seif dunes that were considered to be shafts of the feathery dunes, and the vanes of the feathery dunes are in fact bright dune-like drifts with indistinct height from the surroundings rather than true transverse dunes. Further analysis indicates that the sediments of seif dunes, dune-like drifts and dark inter-dune flats differ in grain size distribution, mineralogy, reflectance spectrum and particle micro-morphology. Sediments that constitute seif dunes and dune-like drifts are finer and poorly rounded, contain relatively more quartz, and hence have higher albedo, while the sediments that constitute the dark inter-dune flats are coarser and better rounded, contain far less quartz but relatively more andesite and dacite, and hence have lower albedo. As a result, what was originally perceived as unique feathery dunes are in fact only pseudo-feathery dunes composed primarily of seif dunes. This discovery also demonstrates that blowing sand drifts can form dune-like patterns that remain visible for long periods of time. It is important to distinguish between the patterns of true dunes and those of dune-like drifts (pseudo-dunes) that cause albedo contrasts in interpreting remote sensing images.     

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。     

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。     

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。     

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。