颖河上游全新世黄土古土壤物质来源研究

淮河支流颖河上游嵩山东麓丘陵台地与河流阶地一典型全新世黄土-古土壤剖面磁化率、粒度成分和 >0.1 mm粒级百分比含量分析结果显示, 该地黄土磁化率明显偏低, 粒度比黄土高原地区粗, 表明该地黄土具有不同的粉尘源区, 由不同风力系统形成。深入论证分析揭示出颖河上游黄土是近源风尘沉积物, 粉尘主要来源于孟津以东黄河冲积、洪积扇的松散河流沉积物。黄河下游的频繁决口、改道、泛滥沉积为风沙活动提供了丰富的物源, 形成风沙活动的动力是东北风。3 100 a B.P.以后气候趋于干旱, 黄河下游泛滥频率增加, 风沙活动范围扩大, 沙尘暴活动强烈。     

淮河上游全新世风成黄土-土壤物质来源研究

通过对淮河上游地区河南新郑全新世黄土—古土壤剖面磁化率和粒度的测量分析，揭示了淮河上游地区沙质黄土和古土壤的物质来源。该区黄土—古土壤磁化率明显低于黄土高原区，而粒度明显比黄土高原区粗，属于沙质黄土。通过两地区粒度分布的对比，揭示了它们有不同的粉尘源区，分属于不同的风成系统。淮河上游地区黄土是近源风尘沉积物，粉尘主要来源于孟津以东黄河冲积、洪积扇的松散河流沉积粉沙，实质是黄土高原水土流失的产物。黄河的频繁决口、改道、泛滥沉积为其提供了丰富的物源，其粗颗粒粉尘产生和搬运堆积的动力是东北风。淮河上游地区全新世早期粉尘是近源粗颗粒堆积，堆积速率可达18．6cm／ka，是黄土高原南部地区的2．3倍。     

伊犁盆地北部山麓黄土粒度端元指示的粉尘堆积过程

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区,是全球变化与区域响应研究的关键区域之一。中亚粉尘形成搬运沉积过程一直是全球变化研究的热点科学问题。本文选取位于伊犁盆地北部、北天山南麓不同地形和气候条件下的两处黄土剖面,对其沉积速率最高的层段进行了粒度测试分析,结合聚类分析和粒度分布曲线拟合两种方法,重建了黄土粉尘的堆积过程。伊犁盆地黄土主要由远源和近源物质组成,分别由高空西风和中尺度的区域风搬运而来。高空西风所携带的远源粘粒级矿物颗粒对盆地东部降雨较高地区有一定的贡献,而在盆地西部不容易沉降下来。中尺度区域风所搬运的近源物质组成了黄土沉积物的主体,而近源区沉积物的可用性在黄土的形成过程中扮演着重要角色。另外,非风暴过程中(沙尘暴过后)出现的浮尘在沙尘暴天气频率减少的时期对黄土的发育有重要贡献,而在沙尘暴天气频发的时期,较差的植被覆盖度能够使得已经沉降下来的浮尘组分重新被扬起至大气中。由此建立了一个粉尘堆积的概念模型。认识黄土粉尘的堆积过程对现代沙尘天气的治理和人类生存环境的改善具有重要作用。     

淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究

通过沿淮河上游野外考察,在毛集河口卢庄找到了一典型全新世古洪水滞流沉积物剖面,进行了系统采样和沉积学粒度分析及水文学恢复的研究工作。粒度分析表明,古洪水滞流沉积物（SWD）与上下层黄土-古土壤区别明显,粒度参数Q型聚类层次分明,其粒级组分以砂质为主,而黄土古土壤粒度以粗粉砂为主,SWD其粒度分形维数明显偏低,各沉积单元粒级组分端元特征明显,通过粒度特征能够很好地鉴别古洪水滞流沉积物层。水文学研究结果表明,自8 500 a以来,在淮和上游至少发生了6次特大洪水,根据各层SWD的厚度和产状关系推求出了其最大可能的洪峰水位,高于水平位10.03~14.36 m之间,据滞流回水环境状态下淮河河道相应的洪峰水位,采用恒定均匀流比降-面积法求得各期洪峰流量介于7 062.18~16 040.94 m³·s^-1之间。研究结果对古洪水滞流沉积物鉴别和古洪水洪峰水位的恢复提供新的思路和方法,同时有效地延长了淮河上游洪水数据序列,可为淮河上游卢庄段全新世时间尺度上洪水流量-频率关系的建立提供参考数据。这对于淮河上游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义。     

阿拉善地区古水下沉积物与风沙沉积物磁学特征及意义

风力搬运过程中存在的物质分选极可能导致沉积区与物源区沉积物性质出现差异,对于研究物源示踪具有重要的意义。选取阿拉善地区古水下沉积物和风沙沉积物,进行磁学参数测定,调查分选作用对沉积物性质的影响,并探讨对中国黄土高原黄土物源研究的启示。结果表明：古水下沉积物与风沙沉积物的细砂组分磁学性质基本一致,但粉砂组分则存在明显差别,古水下沉积物的磁性矿物浓度显著低于风沙沉积物,风力分选作用可能是风沙沉积物粉砂组分磁性强的主要原因;古水下沉积物中高矫顽力矿物浓度较低,受沉积后改造作用微弱,指示古水下沉积物可用于黄土物源示踪研究。阿拉善地区沉积物和黄土高原黄土的磁学性质对比表明：风沙沉积物与黄土高原黄土磁学性质存在明显差别,但古水下沉积物与黄土高原黄土磁学性质却十分相似。这一地质证据支持阿拉善地区是黄土高原黄土沉积物的重要物源区,同时暗示古水下沉积物在黄土物源示踪方面的巨大潜力。     

罗马尼亚Mircea Voda剖面黄土粒度特征及其成因指示

Mircea Voda剖面是欧洲典型的黄土剖面之一,本文对Mircea Voda黄土剖面序列S0-S3进行了系统的粒度分析,并与中国黄土高原典型的黄土剖面洛川剖面、西峰剖面等进行了对比研究。结果显示,黄土粒度组成以粒径为4μm-63μm粉砂为主,其平均含量为78. 22%,呈现出风成成因的基本特征,且不同深度样品的粒度组成具有较高的均一性,显示该区黄土具有相同的物质来源。粒度频率曲线呈现为以突出的第一众数20μm～35μm,分选较好的单峰正偏态分布特征,说明粉尘在沉积之前经过了充分的混合。粒级主要组分集中在粗粒端,但在细粒端1μm附近存在第2个分量,这种特征与中国黄土高原黄土的粒度特征十分相似。计算得沉积物环境判别参数Y值均小于-2. 741 1,通过与水成沉积物判别值Y的比较,进一步证实了Mircea Voda剖面黄土为风成成因特征。     

岷江上游晚更新世黄土粒度与元素组成特征及其物源指示意义

岷江上游地区广泛分布黄土地层,揭示其成因和物源对深入理解该区环境演变具有重要意义。以位于四川省茂县叠溪镇的晚更新世黄土剖面为研究对象,分析了黄土粒度分布、粒径频率曲线和粒度参数以及元素地球化学特征,并与北方黄土和邻近的成都粘土对比。结果表明叠溪黄土剖面粉砂(2～50μm)平均含量达81. 59%,且变异较小,而粘粒(2μm)和砂粒( 50μm)平均含量分别为13. 77%和4. 95%,相对北方黄土含较多1μm左右的细颗粒。粒径频率曲线和粒度参数特征表明叠溪黄土具有典型风成沉积特征,沉积物主要由1000 m高度的近地表风力搬运沉积为主。叠溪黄土常量元素含量与北方黄土基本相同,表现为明显的Na淋失而K相对稳定,风化程度较低。Ti O2/Al2O3、K2O/Al2O3、Eu/Eu*、(La/Yb)N、(Gd/Yb)N和(La/Sm)N等特征值以及Zr、Th、Sc、La、Th、Ba、Sr、Rb、Pb和U含量分布反映出叠溪黄土与北方黄土物源具有相似性,均明显区别于成都粘土。末次冰期亚洲冬季风和邻近山原地带产生的重力风可能均对岷江上游黄土沉积发挥了重要作用。     

以色列Har Keren黄土粒度及地球化学特征分析

黄土广布于全球各地,而不同区域黄土沉积特征存在差异,记录环境变化的机制亦有所不同。对以色列西南部Har Keren(简称HK)地区黄土状沉积剖面进行野外考察,发现其沉积特征与风积黄土较为相似。研究结果表明,HK剖面粒度特征虽表现出风成成因,但粒径整体偏粗且缺少细粉砂组分,说明剖面沉积物主要由近源风力搬运而来,并且在堆积过程中受坡积作用影响,沉积过程较为复杂。HK剖面稀土元素结果表现为右倾型特征,且轻稀土富集、重稀土亏损,Eu中度负异常,与典型风积黄土变化趋势基本一致,但∑REE明显偏低,可能与其物质来源、搬运模式和沉积环境的不同有关。HK剖面常量元素UCC标准化结果与腾格里沙漠边缘黄土分布曲线较为类似,化学蚀变指数(CIA)指示其处于中等化学风化程度,由于研究区气候干旱少雨,主要以物理风化为主,不可能发生较强的化学风化,认为其CIA异常偏高可能与源岩区的化学风化结果有关,由于搬运来的沉积物质中碱金属及碱土金属元素含量整体偏低而导致CIA异常偏高,因此不能真实反映剖面的化学风化程度。     

青藏高原东缘风成黄土的多源性——以九寨沟黄土为例

黄土是研究环境变化的重要材料,揭示其物源及成因有利于解译其蕴含的环境信息。分析位于青藏高原东缘的九寨沟自然保护区黄土地层的矿物组成、粒度、稀土和微量元素、石英砂表面形态,进而探讨九寨沟黄土的物源及成因意义。结果表明:研究区黄土属风成沉积物,黄土物质既有来自邻近地区的冰缘沉积物,也包含北方远源的风尘物,具有多源性特征;青藏高原东缘黄土与南缘黄土的物源明显不同,揭示出青藏高原内部的冷高压对其边缘地带黄土沉积并无直接作用,而局地的山谷风对黄土沉积可能贡献更大。因此,利用青藏高原边缘地带的黄土研究环境变化需重视地形因素,同时应加强多剖面的对比。此外,稀土元素分配模式对黄土物源的指示意义具有不确定性。     

关中盆地东部全新世剖面粒度组成与气候变化研究

根据李湾全新世剖面粒度组成的分析结果, 探讨了关中盆地东部黄土粒度组成特征及其所指示的古气候意义: 2~6μm的细粒级组分反映了夏季风的强度或成壤作用的强度, 26~53μm的较粗颗粒组分反映了冬季风的强度, 大于53μm以上的粗颗粒组分反映了冬季风的异常变化特征, 小于2μm粘粒组分和6~26μm的较细粒级组分的含量变化可能反映了两种动力条件下搬运的大气粉尘本底; 粒度组成变化同时说明: 全新世气候的不稳定性在关中盆地东部地区亦有明显的反映, 6000~5000aBP的干旱事件在关中盆地具有普遍性。     

降尘过程指示的沙尘循环过程

 大气降尘过程受诸多因素的影响,如沙尘源区的性质、输送距离、降雨量等。利用甘肃省10个城市15 a间(1986—2000年)的降尘监测资料与气象资料,主要分析了沙漠戈壁区与黄土区降尘的差异及原因。结果表明：①西北干旱区的降尘量主要与沙尘事件频次有关;②沙漠戈壁区的大气降尘量大于黄土高原区;③降尘量在强沙尘源区,呈现出显著的高值中心。随着沙尘自西向东输送,降尘通量随输送距离的增加而减少。     

淮河上游全新世黄土及沉积成因

The dust source and transporting system are two indispensable aspects in the process of loess-palaeosol accumulation. It has been proved that the dust of the Loess Plateau mainly comes from the northwestern inland gobi and desert, transported by the East Asia monsoon systems and westerlies. However, there are little researches with respect to the dust source and deposition dynamics of the upper reaches of the Huaihe River. In the present study, we investigated and collected the YPC section with high resolution in the upper reaches of the Huaihe River. The chronological frame was reconstructed by optically stimulated luminescence (OSL) dating and correlated with the published loess time series. By comparison of the magnetic susceptibility (MS) and grain size (GS) of loess-soil profile among YPC profile, XJN profile (western Loess Plateau) and the JYC profile (southern Loess Plateau), we find similar climate change and pedogenic process between the upper reaches of the Huaihe River and the Loess Plateau, both experienced an extreme dry and the weakest pedogenesis during the last glacial, followed by a transitional episodes from the cold-dry last glacial to the warm-humid mid-Holocene and increased pedogenesis in the early Holocene, then a most humid-warm and strong pedogenesis in the mid-Holocene, and climate deterioration and decreased pedogenesis occurred during the late Holocene. But the MS of loess-soil profile sequences in the upper reaches of the Huaihe River was much lower than those in the Loess Plateau, and the GS was much coarser than those in the Loess Plateau. Comparison of GS for these three profiles revealed that there were different dust sources, which belonged to different aeolian transporting systems. The loess in the upper reaches of the Huaihe River was a wind blown deposition of near source, while the coarser dust mainly came from loose alluvial deposits of alluvial and proluvial fans of the Yellow River. The yielding and carrying dynamics of the dust in the Huaihe River is the northeast wind prevails in the winter half year.     

内蒙古中西部沙源地影响沙尘暴扩展过程的数值模拟研究

 通过对2002年3月18—22日沙尘暴过程进行的数值模拟及针对内蒙古中西部沙尘源地影响的敏感性试验研究，结果表明, 内蒙古中西部荒漠化草原生态的迅速恶化是2001年前后沙尘天气的频繁发生的部分原因。由于沙源地海拔高度的不同和风速随高度的变化，在沙尘远距离输送过程中可能出现两个不同高度而相互孤立的优势沙尘输送带，分别位于对流层和地面附近。其传输距离、传输速度、影响地区、影响时间存在巨大差异。内蒙古中西部沙源地的起沙主要通过地面附近的沙尘输送带向东、向南传输。其通过对流层的传输随沙尘区的不断扩展而越来越弱，进而被其他更高海拔高度的沙源地起沙所取代。     

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。     

沙尘源区与沉降区气溶胶粒子的理化特征

在沙尘源区 ,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源 ,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增 ,浓度峰值向粗粒径范围移动 ;在沙尘沉降区日本 ,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源 ,形成双峰型分布 ,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主 ,在 <2 .1um细粒径范围形成一个峰值。水溶性成分也不相同 ,沙尘源区粒子以Ca2 +、SO42 -、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主 ,在 3.3～ 4 .7um形成浓度峰值 ;沙尘沉降区以NH4+、SO42 -、NO3 -等工业来源离子为主 ,在 0 .6 5～ 1.0 1um形成峰值。在日本即使是当浮尘时期 ,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度。这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分     

2021年3月中旬东亚中部沙尘天气地面起尘量及源区贡献率估算

2021年3月中旬,东亚中部包括中国北方大部分地区,爆发了持续性的沙尘天气,引发了人们对于沙尘源区、防风固沙生态建设工程效益的高度关注.提出了一个新的地表起尘量估算方法,使用高精度、大范围的气象数据,计算了这次沙尘天气的地面起沙条件、大风过程中的输沙状况,估算了不同时刻的起尘量,获得了14、15日蒙古和中国北方荒漠地区...     

“7.17”西北夏季沙尘暴数值模拟

 对2005年7月17日发生在西北地区近20 a来夏季最强的沙尘暴过程进行了数值模拟研究,结果得到:①沙尘暴发生前,沙源处于高温控制下;②起沙是水平低涡和垂直涡叠加而成的一种类似于Benard对流泡的系统扫掠沙源的结果;③起沙主要发生在水平低涡移动方向的右部。     

区域气候模式对中国沙尘天气气候特征的模拟研究

现有的沙尘天气数值预报模式多选用中尺度天气模式单向耦合起沙模式的方式,不适合用来模拟沙尘气溶胶的长距离输送过程,也无法研究沙尘气溶胶辐射效应对气象场的反馈及气候变化的影响。利用一个耦合沙尘模式的高分辨率区域气候模式,模拟了2001年中国北方沙尘天气爆发的时空分布特征。模拟结果与站点观测结果对比发现,模式能够较好地模拟出中国北方主要的沙尘源地分布及沙尘天气爆发的季节变率。分析不同粒径沙尘颗粒的垂直分布特征发现,沙源地表土壤粒子特征、地形对起沙颗粒的大小都有影响;直径超过5 μm的大粒子是北方沙尘天气的主要成分,而影响长江以南的沙尘天气主要以1 μm以下的小粒子为主。对沙尘传输路径的模拟结果和实况观测发现,来自于不同沙源的沙尘天气其影响的范围有显著差异,模式能够较好地模拟出中国主要沙尘传输路径。     

沙尘源区与下游地区沙尘期间气溶胶光学特性分析

为了解沙尘传输过程中气溶胶粒子光学性质的变化,利用2001-2008年中国北方4个站点沙尘期间的数据资料,比较分析了沙尘源区与下游地区气溶胶光学特性的差异。结果表明,沙尘期间大量粗粒子对总消光具有强烈贡献,沙尘源区和下游地区粗粒子消光分别占总消光的85.2%和65.8%。沙尘期间沙尘源区与下游地区均表现出较高的气溶胶光学厚度;而源区的Angstrom波长指数明显低于下游地区,当沙尘暴出现时会下降到零甚至负值。沙尘源区与下游区气溶胶体积尺度谱以粗模态峰为主模态峰。在波长440~1 020 nm时,气溶胶单次散射反照率随波长增大而增大,源区与下游地区的单次散射反照率分别达到0.95和0.92。沙尘源区气溶胶的不对称因子大于下游地区,4个波段的平均不对称因子分别为0.73和0.70。     

对黄土高原风尘搬运动力与沉积控制因素的新认识

风尘是地球表层系统的重要组成部分,广泛参与地球系统中不同时空尺度的物理、化学和生物过程,对全球气候和生态环境产生重要的影响。中国北方地区发育了世界最广、最厚的风尘沉积,记录了至少22 Ma以来东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史。半个多世纪以来对风尘沉积的气候记录和黄土高原的成因进行了大量研究并取得了丰硕成果,然而对黄土高原风尘物质沉积过程的认识还存在很多问题。例如,近年来基于物源示踪研究对传统的风尘搬运过程提出了新认识,认为虽然黄土主体是风成的,但以前忽略了河流对于碎屑物质的搬运贡献。我们在前人研究基础上从沉积学角度分析风尘沉积过程,发现青藏高原两期抬升与区域构造运动对粉尘沉积起着不亚于气候变化的重要控制作用;同时从沉积-侵蚀和地貌发育过程探讨风力与流水这两种最常见的外动力方式在黄土沉积和黄土高原发育过程中所起的作用,认为风尘的沉积和黄土高原的形成是侵蚀与搬运沉积作用的长期动态平衡过程,风力和流水在其中所起的作用都不是单一不变的,在不同时期和不同区域有可能会同时充当建设者和破坏者的角色。