古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造及发育模式

在野外调查基础上,应用探地雷达（GPR）对古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造进行探测,获取了沙丘内部构造的雷达相图像信息,结合区域自然地理和沙丘形态特征分析,初步探讨植被线形沙丘内部构造的演化模式。结果表明：（1）GPR探测揭示了沙丘地表以下3—5 m深度的浅层构造信息,可识别沙丘中上部和丘顶部位的高倾角、上凸形和楔状交错层理、沙丘中下部和丘间地的低倾角-近水平层理构造,反映了沙丘上部风沙蚀积活动较强烈,而两翼中下部和丘间地以风沙加积为主。（2）从沙漠边缘到沙漠中心,植被线形沙丘浅层沉积构造组合由两坡不对称分布向对称分布变化,沙丘横剖面形态亦由两坡不对称向对称形态同步变化,但未发现沙丘侧向迁移的沉积构造证据。（3）依据不同规模沙丘内部构造变化序列,可将植被线形沙丘演化划分为灌丛沙丘、风影灌丛沙丘、垄状沙链、植被线形沙丘等4个发育阶段。随着叠置灌丛沙丘不断合并融入,线形沙丘宽度和高度持续增大,沙丘顶部风沙活动性增强,高倾角、上凸形、楔状交错层理增多。（4）在沙丘表层3—5 m以下块状层理以及GPR探测信号衰减、图像分辨率变差的成因,应在今后工作中进一步验证。此外,系统阐明研究区植被线形沙丘演化过程,尚需补充更多GPR探测资料并开展年代学研究。     

新月形沙丘维持相对稳定的两种过程

新月形沙丘顶部稳定性是风沙地貌学尚未解决的科学问题。研究新月形沙丘的顶部稳定性,对于绿洲边缘风沙运动规律揭示、防沙工程建设和沙区生态环境保护等具有重要的现实意义。选择民勤沙区新月形沙丘,通过测定沙丘各部位风速、风蚀风积和粒度等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。主风向（NW）作用是新月形沙丘最高点与沙脊线重合、沙丘前移和高度降低的过程;反向风（SE）作用是沙丘最高点与沙脊线分离、沙丘背风坡风蚀与沙丘增高的过程。由于研究区以NW风为主,新月形沙丘沿NW-SE方向前移,SE风只能风蚀减缓沙丘背风坡的坡度。人为干预将会阻止或减少从迎风坡向沙丘顶部输送沙量,使得新月形沙丘背风坡尤其是背风坡上部风蚀过程增强,新月形沙丘逐渐过渡为抛物线形沙丘。     

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。     

新月形沙丘丘表流场与沙丘蚀积特征

对新月形沙丘和沙丘链丘表流场风向、风速和蚀积量进行测定。迎风坡均表现风蚀,背风坡和兽角处表现堆积,蚀积特征、速度与流场中风速、风向相吻合。     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面气流与坡面形态的关系

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘主、副梁和新月形沙丘断面风速的野外观测结果表明,迎风坡风速放大率、背风坡气流的方向和强度随区域气流、坡面形态而不同。迎风坡风速放大率对沙丘形态的作用在于增加丘顶区域的输沙率和活动性;背风坡气流不仅影响沙丘形态而且控制沙丘动力学过程。在横向气流条件下,风速放大率使沙丘迎风坡随区域气流强度的增加变长变缓,背风坡受分离流控制使沙丘迁移;在双向－斜向气流条件下,沙丘丘顶处于侵蚀亚环境而两坡变陡变短,背风坡受附着偏向流控制使沙丘纵向延伸。     

毛乌素沙地南缘半固定沙丘风沙输移物特征

通过连续动态观测,获取毛乌素沙地南缘典型半固定沙丘表面风沙输移物,测量了风沙活动中不同沙丘部位的风蚀深度,并对风沙输移物及其养分进行了初步分析。结果表明:风沙活动期间沙丘顶部的风蚀深度最大,沙丘迎风坡次之,而丘间地的风蚀深度最小;沙丘顶部和迎风坡的输移物以中沙和细沙为主,养分含量较低,丘间地颗粒较细且养分含量较高;土壤养分含量与颗粒大小存在显著的负相关关系。迎风坡和丘顶处在风蚀亚环境而难以被植被固定,进而加速了风蚀过程;丘间地风沙活动较弱,风积物中养分含量较高的细颗粒物质促进了植被的发育,因而减弱了局地风速。     

灌丛沙堆表面压力分布特征的实验研究

风成沙丘表面压力分布特征直接反映沙丘表面风蚀风积特点,因而是研究沙丘表面地貌过程的重要依据。依据风沙运动实验相似性理论,以新疆和田河流域实测柽柳沙堆为基础,按一定比例缩小制作成四组模型,选用起沙风速区间在6~14 m/s的5组不同风速分别对四组模型在风洞中作纯气流表面压力的模拟实验。结果表明,无植物覆盖的半球形沙堆和圆锥形沙堆的表面压力分布特征存在着较大差异,其中半球形沙堆迎风坡下部有较明显反射涡流,丘顶存在高压剪切气流区域,圆锥形沙堆则不存在这种风压变化,此外半球形和圆锥形沙堆两翼的高低压风蚀区域分布特点也不一致。人工“植物”引发的沙堆丘顶和背风坡区域表面风压的显著变化有利于截留沙尘、保护沙堆免受风蚀并促进沙堆增长。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴对新月形沙丘表面粒度变化的影响

以塔克拉玛干沙漠腹地的新月形沙丘为研究对象，对同一沙丘在沙尘暴作用下形态从新月形沙丘-不规则沙丘-新月形沙丘的演变过程做了观测记录，通过对不同形态沙丘表沙的粒度测量，研究沙尘暴对新月形沙丘表沙粒度的影响。结果表明：（1）新月形沙丘变形前与复原后，迎风坡中轴线处表沙的粒度变化趋势未发生变化，表现为从迎风坡脚至丘顶整体上逐渐变粗，表明风向风力相同或相近时，沙尘暴对形态相近的新月形沙丘迎风坡的粒度分布模式影响较小。（2）新月形沙丘中轴线与沙脊线处表沙均以极细沙和细沙为主，新月形沙丘原貌时，极细沙和细沙的平均占比在迎风坡与背风坡中轴线处分别为83.07%、82.81%，在左翼与右翼沙脊线处分别为84.42%、91.20%，复原为新月形沙丘后，极细沙和细沙的平均占比在迎风坡与背风坡中轴线处分别为73.18%、76.31%，在左翼与右翼沙脊线处分别为76.63%、74.0%。沙尘暴过后复原的新月形沙丘表沙分选性极好，粒径整体偏细，粒度参数一致性增强，表明沙尘暴对新月形沙丘表沙的粒度特征有重要影响。研究结果可为沙尘暴作用下新月形沙丘表沙粒度的空间分布规律研究提供重要参考价值。     

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。     

光电子集沙仪对毛乌素沙地沙丘蚀积过程的观测

本实验是由3台改装后的法国光电子集沙仪(每隔10s自动记录1次)对毛乌素沙地高大流动沙丘的7a观测的37万个数据,结合风速资料,绘制出相应各年、月、日、时的风沙流风蚀和堆积的实量图。详尽准确地描述了各种风速对新月型沙丘的迎风坡、丘顶、背风坡的具体蚀积变化。该实验弥补了国内外在野外长期实地观测沙丘移动规律的空白。     

腾格里沙漠东南缘固沙灌丛林土壤理化性质及分形维数

以腾格里沙漠固沙灌丛林为研究对象,选择大、中、小沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡为研究样地,调查不同沙丘微地形土壤理化性质和土壤粒径分布的分形特征,阐明沙丘大小和微地形差异对固沙灌丛林土壤理化性质和土壤分形维数分布的影响规律。结果表明：（1）土壤含水率和全碳含量均表现为背风坡中部显著高于丘顶;土壤容重表现为迎风坡中部、丘顶和背风坡底部显著高于背风坡中部,而迎风坡底部居中;沙丘微地形对土壤pH和电导率均无显著影响。土壤容重表现为大、中沙丘显著高于小沙丘;土壤电导率表现为中、小沙丘显著高于大沙丘;沙丘大小对土壤含水率、pH和全碳分布均无显著影响。（2）土壤粉粒（2—50 μm）含量表现为迎风坡底部>背风坡底部>迎风坡中部>丘顶,而土壤极细砂（50—100 μm）含量表现为背风坡底部显著低于迎风坡中部和丘顶,土壤细砂（100—250 μm）含量表现为丘顶显著高于迎风坡底部和中部。大、中沙丘土壤颗粒组成以土壤粉粒和极细砂为主,而小沙丘则以土壤细砂为主。（3）土壤分形维数介于2.59—2.78,表现为迎风坡底部显著高于背风坡底部,其他3个微地形生境居中,而且大沙丘显著高于中沙丘,而小沙丘居中。（4）粉粒含量越高,土壤电导率和全碳含量越高;极细砂含量越高,土壤电导率越低;砂粒含量越高,全碳含量越低;土壤细砂含量越多,分形维数越大。沙丘大小、微地形对土壤理化性质及分形维数的作用效果存在较大的差异性,需要根据沙丘大小和微地形来开展人工林建设和生态效应评价。     

乌兰布和沙漠流动沙丘风蚀空间分布规律及其影响因素

为科学治理黄河乌兰布和沙漠沿岸风沙入黄问题,以该河段风沙危害严重的刘拐沙头流动沙丘为研究对象,开展沿岸沙丘风蚀与沉积规律及其影响因素研究。结果表明：（1）沙丘不同部位风蚀与沉积存在差异,与风速在沙丘的空间分布相关。迎风坡坡脚、坡中以风蚀为主,风蚀速率分别为1.07、1.31 cm·d^-1;坡顶风蚀和沉积交替进行,风蚀速率2.16 cm·d^-1,沉积速率1.36 cm·d^-1;沙丘背风坡受反向气流影响以沉积为主,沉积速率2.19 cm·d^-1,风蚀主要出现夏秋季节反向风时期;丘间地受上风向沙丘阻挡的影响,一般以沉积为主,平均沉积速率0.12 cm·d^-1。丘间地净风蚀量与背风坡显著差异（P<0.05）,但与坡脚、坡中和坡顶差异不显著（P>0.1）;背风坡净风蚀量与坡脚、坡中和坡顶极显著差异（P<0.01）。从总风蚀速率来看,风沙活动活跃强度排序：坡顶 > 背风坡 > 坡中 > 坡脚 > 丘间地。（2）冬春季节风蚀与夏秋季节存在显著差异（P<0.05）,风力和降水的季节性差异是造成风蚀季节性差异的主要因素。研究结果可为沿岸流动沙丘风沙入黄防治和完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

新月形沙丘迎风坡形态及沉积物对表面气流的响应

对孤立新月形沙丘迎风坡风速的野外实测和计算表明,沙丘迎风坡表面风速廓线呈非对数关系,近地面剪切风速和输沙强度由坡脚至丘顶总体呈递增趋势,但同时随断面坡度的增减而发生相应的变化;沿断面输沙率的变化导致蚀积强度的改变,表现为沙丘迎风坡坡度变缓的部位沉积大于侵蚀,其它部位侵蚀大于沉积,其中丘顶输沙率和侵蚀强度最大。在沙丘形态上,表现为坡度减缓的部位沉积变凸、其它部位因侵蚀变凹以及坡脚和丘顶的前移。变凸和变凹部位反过来又制约着表面剪切风速的相应变化。粒度分析也表明,沙丘迎风坡表面粒度特征主要取决于表面蚀积状况,同断面形态表现出密切的相关性。     

Dynamics of nebkhas superimposed on a parabolic dune and their effect on the dune dynamics

We report here on a bare barchan dune in Israel that converted over the last 60 years to a shrub-covered parabolic dune due to changes in land use. Thirty nebkhas (sand mounds) that were formed by sand trapped around shrubs growing on the dune were monitored during winter of 2004–2005. The rates of erosion or deposition were measured at five points in the nebkhas by erosion pins. All nebkhas were shown to undergo erosion or deposition activity. Nebkhas on the windward slope of the dune experienced primarily erosion. Those on the lee slope grew slowly by the light accumulation of sand. The largest nebkhas were found on the dune crest; they built up through the accumulation of sand that was eroded from the windward slope. There were no significant differences between the rates of erosion/deposition of the five study points placed in each nebkha. However, there were significant differences between the rates of erosion/deposition of the nebkhas on the three dynamic segments of the dunes (windward, crest and lee). A change in dune dynamics was observed by the emergence of shrubs on the crest. These shrubs trapped sand and increased the crest height. The sand trapped on the crest was not deposited on the lee side. In that case, the dune becomes narrower, higher, with a concave shape (of the windward slope), during the transformation from a barchan to a parabolic dune.     

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。     

新月形沙丘表面100cm高度内风沙流输沙量垂直分布函数分段拟合

为研究新月形沙丘表面不同层位风沙流输沙量的垂直分布函数,实测了塔克拉玛干沙漠腹地典型新月形沙丘表面100 cm高度内(以1 cm分隔)的输沙量。分段拟合分析表明:新月形沙丘迎风坡脚输沙量垂直分布规律不完全服从指数函数,出现与戈壁风沙流结构特征相似的"象鼻效应",在0~3 cm区间内输沙量逐渐增大,3cm以上输沙量随高度呈指数函数衰减;沙丘顶部0~10 cm区间输沙量随高度呈指数函数衰减,10 cm以上呈二次函数衰减;沙丘左翼端输沙量随高度呈幂函数分布,沙丘右翼端0~20 cm内以指数函数衰减,20 cm以上呈三次函数衰减;沙丘背风坡脚风沙流输沙量在0~60 cm和60 cm以上分别呈不同形式的三次函数分布。     

河北昌黎黄金海岸横向沙脊表面的粒度分布模式

河北昌黎黄金海岸自然保护区内的横向沙脊规模高大、形态典型,对其表面采集的47个沙丘表面沉积物粒度样品的分析结果,该海岸横向沙脊表面粒度总体上是中砂、分选好、对称和中等峰态,但脊顶、坡部及坡脚的粒度分异明显,自沙脊两侧坡脚向脊顶粒径变细、分选变好,向陆背风坡的细化与分选优于向海迎风坡,脊顶粒径最细,向陆背风坡脚最粗,是一种新型的沙丘表面粒度分布模式。该粒度分布模式是该区域主风向与强风向交替变化及其风速差异、沙脊高大且两侧不对称等组合作用的结果。