反向沙丘近地层气流变化及其对沙丘形态的影响

反向沙丘形态-动力学过程是风沙地貌的重要研究内容。选择腾格里沙漠东南缘推平沙地发育的反向沙丘为研究对象,采用二维超声风速仪对沙丘表面5个位置0.25 m和0.5 m高度的气流进行野外观测。结果表明：（1）气流方向影响近地层气流特征。以沙丘脊线垂线为轴,0.25 m高度处沙丘脊线的垂线两侧风向变化不完全对称。当丘顶气流方向与脊线垂线角度差值为负时,迎风坡底部风速恢复较慢。（2）背风坡气流特征受风向控制。背风坡0.25 m与0.5 m高度气流变化规律相似,在背风坡中部发生偏转,但沙丘顶部气流方向与脊线垂线相差<10°时发生反向偏转。丘顶风向为285°—315°（左偏）时,0.25 m高度的偏转角度大于0.5 m高度的偏转角度。背风坡0.25 m与0.5 m高度处风速表现为脊线垂线两侧风速变化不一致。（3）沙丘表面气流影响沙丘形态。观测期间沙丘脊线发生明显移动,移动值为0.33 m。背风坡发生堆积,最大堆积厚度为0.44 m,迎风坡发生风蚀,最大风蚀深度为0.43 m。该研究结果证实了风在风沙地貌演化中的重要作用,为反向沙丘形态演化数值模拟提供数据支持。     

横向沙丘表面气流湍流特征野外观测

沙丘形态动力学特征是风沙地貌的重要研究内容之一,受观测技术等的限制,现有的关于沙丘形态动力学特征的研究成果还不能满足沙丘形成与演化过程研究的需要。利用三维超声风速仪对腾格里沙漠的横向沙丘表面气流特征进行野外观测,结果表明,沙丘脊线和迎风坡中部的气流均为未偏向流,而沙丘背风坡不同高度的气流包括反向流,偏向流和未偏向流。湍流强度、雷诺应力和气流丰富度随气流方向变化而变化,其在沙丘脊线和中部的变化趋势比较简单且有大致相似的规律,而其在沙丘背风坡不同高度比较复杂。     

腾格里沙漠东南缘反向沙丘形态演化过程

沙丘形态演化是风沙地貌研究的重要内容。反向沙丘是指在相反方向风作用下形成的沙丘,有两个落沙坡,分别对应两个风向,在主风向作用下形成横向沙丘,但在相反方向风作用下,沙丘顶部向主风方向移动,从而形成反向沙丘。反向沙丘存在于任何有两个相反方向风的地区。以腾格里沙漠东南缘平坦沙地上发育的反向沙丘为研究对象,2010年对沙丘迎风坡和背风坡不同部位坡度进行1年期野外测量,旨在阐明反向沙丘的形态演化过程。结果表明：反向沙丘形态演化包括3个阶段：横向沙丘—过渡态—反向沙丘,但研究区的沙丘形态演化经历5个阶段：横向沙丘—过渡态—反向沙丘—过渡态—横向沙丘。不同演化阶段的沙丘迎风坡和背风坡角度发生明显变化。该研究结果增加人们对反向沙丘形态演化过程的认识,对区域风沙地貌改造利用提供理论依据。     

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。     

艾比湖流域抛物线形沙丘形态特征

选择新疆艾比湖流域精河县东南部梭梭林沙地中的典型抛物线形沙丘为研究对象,以风沙地貌学、遥感、地理信息系统及测量学理论为基础,利用野外调查3S工作平台,运用RTK技术实地获取三维基础数据,通过ArcGIS10.0软件生成沙丘DEM,有效提取沙丘的地形因子和形态特征,量化分析了抛物线形沙丘的三维形态特征。结果表明：所研究抛物线形沙丘的平面形态为“U”形和“V”形,开口面向NW,即区域盛行风向,沙丘弧顶凸出指向SE,即下风方向,沙丘长轴走向与当地合成风向或输沙方向一致;迎风坡较缓,沙质较粗;背风坡较陡,沙质较细;横剖面不对称,北翼角长于南翼角;主要植被类型为梭梭,伴有芨芨草为主的若干草本,主要分布在风蚀洼地及沙丘脊上。运用RTK技术所获得的三维数据中,96%的高程值误差小于0.02 m,数据可靠。     

腾格里沙漠东南缘横向沙丘粒度变化及其与坡面形态的关系

腾格里沙漠东南缘的横向沙丘因断面形态不同可分为凸形和凹形两种类型。横向沙丘丘顶至落沙坡为风沙堆积区, 沙粒沿滑落面作重力下滑时, 较粗颗粒先到坡脚, 背风坡的沉积物下粗上细。沙丘迎风坡则因断面形态不同而影响沙丘表面过程。其中, 凸形沙丘迎风坡为高饱和风沙流环境, 下部有大量蚀余粗颗粒, 上部发生加积, 故下粗上细; 而凹形沙丘的迎风坡则为低饱和风沙流环境, 表面普遍风蚀, 前积纹层出露表面, 沉积物下粗上细, 实际上是背风坡沉积物重力分异结果的重现。沙丘高度与平均粒径和分选参数之间具有良好的一致性。风成床面作为一种地形, 对风沙地貌表面过程产生了重要影响, 这是风沙地貌尚须努力开拓的领域之一。     

基于倾斜摄影技术的戈壁灌丛沙丘形态反演及其对粉尘释放研究的意义

灌丛沙丘是广泛分布于西北干旱区的风沙地貌。戈壁上发育的灌丛沙丘在戈壁沙尘释放和固沙能力方面具有重要的指示意义和应用价值。本研究采用倾斜摄影技术对戈壁上的灌丛沙丘形态特征进行观测和提取,并分析沉积物特征,计算戈壁灌丛沙丘的固沙能力,为沙尘释放研究提供依据。结果表明:(1)戈壁上发育的灌丛沙丘有明显的空间分布格局,即主要分布在干河床的两侧和地势低洼地区。(2)戈壁灌丛沙丘在形态上和其他地表灌丛沙丘类似,但沙丘的长度、宽度、底面积、体积等小得多,而且参数之间具有明显的相关关系。(3)沉积物的累积概率曲线表现为三段式,跃移组分的粒度范围(50~700 μm)明显与以往研究不同。沙丘内部和表层的粉沙和黏土含量分别为4.47%和5.24%,从而说明灌丛沙丘能够捕获戈壁上释放的粉尘物质。(4)戈壁地区单个灌丛沙丘的粉尘释放量约0.05~0.08 m³,固沙能力最大可达18.71 m³。     

塔克尔莫乎尔沙漠抛物线形沙丘的粒度分布模式

对新疆伊犁河谷塔克尔莫乎尔沙漠抛物线形沙丘表层78个风成沙样的粒度分析表明,平均粒径均值为220 μm,平均中值粒径为299 μm,标准偏差平均为1.98,偏度平均为-0.29。纵向分布上,从风蚀洼地到迎风坡下部,风成砂的平均粒径和分选性波动变化明显,沿迎风坡向上平均粒径减小,在脊线附近有较粗粒径的分布带。在沙丘背风坡平均粒径减小、负偏增加、分选性较差。在粒度参数等值线及三维分布方面,风蚀洼地和迎风坡下部呈现沿沙丘轴向交替分布的封闭等值曲线,两侧沙臂粒度参数大小波动变化,沙臂北翼坡脚粒度组成呈现很高的负偏和峰度值,反映在区域风况作用下,抛物线形沙丘本身地形起伏、两侧沙臂灌丛沙堆分布对沙丘表面风沙流运移有影响,风沙流与沙臂斜交在背风坡产生涡流引发较强的沉积作用。     

COSI-Corr技术在风沙地貌研究中的初步应用及精度检验

沙丘移动与形态监测是风沙地貌研究的重要内容，传统的测量方法对大范围的风沙地貌进行动态监测存在很大的困难。光学影像配准与关联（Co-registration of Optically Sensed Images and Correlation，COSI-Corr）技术的出现为区域风沙地貌的动态演化与监测研究提供了良好契机。讨论了COSI-Corr技术在沙丘移动和形态监测中的优势和存在的主要问题，通过无人机野外地面实测结果检验了COSI-Corr的测量精度。结果表明：沙丘背风坡底缘COSI-Corr测量精度最高，月测量误差0.01～0.53 m，达到影像分辨率的1/30像元；在沙丘背风坡底缘，COSI-Corr测量精度与沙丘底面积呈线性关系，底面积越大，COSI-Corr测量误差越大；个别沙丘脊线部位出现极大异常点，与沙丘脊线部位的光噪影响有关。COSI-Corr技术在风沙地貌监测中尚属起步阶段，一些具体的问题还需要我们在实践中不断的去检验和改进，但它确实极大提高了野外风沙地貌动态监测的效率，为研究大尺度范围内风沙地貌的时空动态演化过程提供了可能，在未来的风沙地貌研究中将具有广阔的应用前景。     

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。     

Mobility of a remobilised parabolic dune in Kennemerland, The Netherlands

A parabolic dune in the Netherlands was remobilised in December 1998 by removing vegetation and soil. The main aim of the experiment was ecological: to investigate whether permanent rejuvenation at the landscape scale is possible by restoration of natural processes. If processes can be reactivated at coarse scale, periodic rejuvenation of the landscape over the long term is possible, without the need for managers to interfere further. The experiment provides the opportunity to address another important question: can large parabolic dunes in the Netherlands be mobile in the present climate? Mobility of the dune is investigated by means of erosion pins, aerial photography and measurement of cross sections. Activity indices are derived from erosion pin recordings and correlated to weather conditions. From 1999 to 2001, displacement of the dune ranged from 0 to 12 m in east–northeasterly direction. Activity of the dune is related to wind conditions, but the relationship is strongly influenced by precipitation and therefore differs for wet and dry periods. Periods with extreme wind speeds resulted in much less geomorphic change than expected.     

库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风速与输沙率的变异

以库布齐沙漠南缘典型抛物线形沙丘为研究对象,选取3个沙丘前端活动区的纵断面和一个贯穿两翼及翼间平地的横断面,同步观测各个断面的风速与输沙率,讨论抛物线形沙丘表面形态-动力学过程。结果显示,沙丘前端活动区3个纵断面的风速和输沙率遵循一般变化规律,即沿迎风坡上升逐渐增加,至丘顶及附近达到最大,并在背风侧降低;二者在3个纵断面上的变化趋势一致,但具体变化形式不同,沙丘表面动力与输沙过程存在较大的空间异质性。沙丘两翼具有纵向沙丘的动力学性质,翼体两侧风速和输沙率具有对称性。该沙丘沙源匮缺,前端活动区主要依靠两翼内侧侵蚀提供沙源。受沙丘形状和植被等因素影响,坡脚及坡下部风速与输沙率之间没有相关性,因此简单的风速放大率和输沙率变化程度无法准确揭示该类型沙丘表面复杂的形态-动力学关系。     

探地雷达在福建漳浦海岸抛物线沙丘沉积构造探测中的应用

本文进行了探地雷达在福建漳浦六鳌半岛海岸抛物线沙丘沉积构造探测中的初步应用。结果表明:(1)被探测海岸沙丘的粒度、含水量等理化性质,不同的天线频率,室内数字滤波、增益调适等图像处理环节,均会对探地雷达的探测结果产生影响。(2)本次探测结果以及人工砂坑剖面表明探地雷达是探测海岸沙丘沉积构造的良好手段。(3)通过判读探地雷达图像显示的沉积构造序列组合特点,并根据最近数十年研究区海岸环境演变初步调查结果,认为所探测海岸抛物线沙丘的发育过程,经历了早期海滩脊出露海面、继而发育植被和抛物线沙丘两个阶段。     

Riverine dunes on the Coastal Plain of Georgia, USA

Relict eolian dunes on the Georgia Coastal Plain line the north and east sides of many SE-trending streams and contain important paleoenvironmental information. A detailed analysis of four dune fields characterizes dune geomorphology, stratigraphy, sedimentology and soils. Georgia's inland dunes range from parabolic to infilled parabolic to irregular in form, typically merge to form long chains that parallel source streams and can occur as distinct bands. Typically, the dunes are composed of >95% quartz sand grains, with more than half the sand falling in the medium sand fraction. Dunes overlie flood plain and pointbar sands, backswamp and peat deposits, fluvial terraces and other dunes. In places, organic deposits occur on top of dunes. Cross-bedding is observable in dunes more than about 4 m thick and indicates eastward dune migration. Paleosols found within some dunes indicate Holocene reworking. Conditions favoring dune formation likely included at least seasonal aridity. Postdepositional modification of the dunes includes a smoothing of the dune surface, a clay increase in the C horizon, spodic horizon development, bioturbation, removal of weatherable minerals and fluvial incision.     

Measurements and numerical simulations of the degree of activity and vegetation cover on parabolic dunes in north-eastern Brazil

In this work we present measurements of vegetation cover over parabolic dunes with different degrees of activation along the north-eastern Brazilian coast. We extend the local values of the vegetation cover density to the whole dune by correlating measurements with the relative brightness index C of high resolution QuickBird panchromatic satellite images of the dune field. We then introduce the vegetation data into a continuous model for vegetated dunes, coupling sand erosion and vegetation growth, and perform simulations of the evolution of the morphology and vegetation cover of parabolic dunes. Finally, from the comparison of both, the measurements and the simulation results, we show that the model is able to predict the dune shape and the vegetation distribution of real parabolic dunes as result of the evolution of a blow-out.     

Post-Nipissing Origin of a Backdune Complex Along the Southeastern Shore of Lake Michigan

Relatively low (<25 m) parabolic dunes and dune ridges occur inland of massive parabolic dunes in many dune complexes along the southeastern shore of Lake Michigan. The major study of these backdunes (Tagues, 1946) concluded, based on field criteria, that they were older than the massive parabolic dunes and originate at the Calumet and Algonquin stages of ancestral Lake Michigan (~14-10 ka). Younger ages are indicated by this study in which Optically Stimulated Luminescense (OSL) ages were obtained from the crest of three backdunes southwest of Holland, Michigan. All ages are within statistical error of each other and indicate dune stabilization at ~4 ka. Similarities in surface soil development throughout the backdunes support the conclusion that they all stabilized at about the same time. Radiocarbon ages from paleosols indicate that the massive parabolic dunes were active at 4 ka and that this activity persisted after the back dunes had stabilized. In the Holland area, dune growth and migration occurred in a broad zone, including both back and massive parabolic dunes, immediately after the rise to and drop from Nipissing II high lake levels but became confined to a narrower zone closer to shore after ~4 ka.     

Morphology and chronostratigraphy of a coastal dunefield; Groote Eylandt, northern Australia

A coastal dunefield on Groote Eylandt, in the Gulf of Carpentaria, northern Australia, is stratigraphically described and dated using the coarse fraction thermoluminescence dating technique. Four phases of dune activity have been identified: (1) Modern active transverse and parabolic dunes. (2) A parabolic dunefield apparently stabilized less than 2000 yr BP. (3) A parabolic dunefield stablized between 6000 and 4800 yr BP. (4) A basal dunefield unit emplaced prior to 100,000 yr BP.The current dune systems are an expression of dune activation and stabilization events in the Holocene, but were formed from the deflation of an extensive pre-Holocene dunefield. The destruction of the pre-Holocene dunefield appears to have been caused by sea-level rise at the end of the Pleistocene and during the early Holocene. The ages derived from the dunefield accord well with chronostratigraphic investigations of coastal dune systems elsewhere in northern Australia and support theories of regional environmental change during the Holocene.     

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。     

图们江下游圈河流域河岸沙丘动态变化

以图们江下游跨国界地区圈河流域河岸沙丘为研究对象,运用遥感与GIS技术,结合遥感影像、地形图等资料,分析该区1984~2015年河岸沙丘空间分布与格局演变,计算河岸沙丘分维值与稳定性指数。结果表明：该区河岸沙丘主要分布在弯曲型河道东岸,呈WNW-ESE向带状展布,面积15.71 km²。近31 a沙丘面积总体呈减少态势,净减少0.09 km²,其中,较少有人类活动的A区,沙丘面积呈减少趋势,减少幅度为8.21%;而受人类活动影响较大的B区,沙丘面积持续增加,尤其近5 a增幅达32%。河岸沙丘分维值虽总体高于内陆沙漠沙丘,但变化不显著,说明河岸沙丘处于相对稳定的发育演化过程中。该研究为图们江下游跨国界地区生态环境可续持发展提供科学依据。