巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征

湿沙层水分及其运移过程是沙漠地区水循环的重要环节。巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层规模巨大,本文对巴丹吉林沙漠高大沙山湿沙层水分特征进行了初步分析。结果表明：湿沙层水分具有区域相似性特征,含水量多小于3%;吸附水和沙粒空隙间的水汽是湿沙层水分两种主要的类型,沙粒粒级级配影响吸附水水量变化,两种水分在沙山垂直剖面上的运移过程及相互转化可能维持了湿沙层水分的相对平衡状态;沙丘表层形成的“逆温层”以及由此引起的沿沙丘表层向沙丘内部的热量传递,形成与湿沙层水分蒸发相反的空气运动方向,使得湿沙层水分在夏季晴朗的白天受到保护;夏季受温度梯度影响,湿沙层中的水汽和膜状水向沙山底部缓慢运移;冬季受温度梯度和水势的双重影响,沙山底部潜水面附近的水汽和膜状水向上缓慢运移,补给湿沙层;湿沙层水分来源包括大气降水、大气水汽、凝结水及地下水等。     

巴丹吉林沙漠及其高大沙山研究评述

亚洲内陆干旱化是国际古环境研究的热点问题。巴丹吉林沙漠是亚洲内陆第二大流动沙漠,拥有世界最高大的风积地貌——沙山,是亚洲内陆干旱化研究的重要载体。沙山的形成演化与其所在沙漠的环境变迁有关,且真实地记录了区域与全球的气候变化。沙山形成过程研究应从区域地质和环境演化入手。本文从地质演化、环境演化、沙漠沉积、沙漠水文、沙山地貌和沙山形成发育等6个方面阐述了有关巴丹吉林沙漠的高大沙山、沙漠湖泊和沙漠自身的形成演化。认为构造-气候事件是亚洲内陆干旱化的一级控制,地球运行轨道变化是二级控制。自新构造运动始至其趋缓,构造-气候事件始终是巴丹吉林沙漠环境气候的主控因素,地球运行轨道变化也起很大的作用。此时西风环流是中国北方沙漠带环境气候的主要驱动力。新构造运动趋缓后,地球运行轨道变化是中国北方沙漠带环境气候的主控因素,青藏高原对大气环流的影响逐渐显现,东亚季风环流是该地区环境气候的主要驱动力。古水说可以很好地解释沙漠湖泊水的来源问题,沙漠湖泊是通过浅层的地下水路依靠保存在地下的古水来相互补给的。宏观上沙漠湖泊是风蚀湖,高大沙山的维持与沙漠湖泊之间不存在必然的因果关系。风成说可以较好地解释沙山的成因。未来的重要研究方向之一是将沙山、沙漠及其演化一同进行研究,重建沙山和沙漠的演化历史,并探讨它们之间的关系。     

基于CMB模型的巴丹吉林沙漠沙源区分析

沙漠因其高反照率、低比热容的下垫面以及粉尘高输出率的特征对全球和区域环境有重要的作用。作为具有高大沙山的第二大流动性沙漠,其物质来源一直是地球科学研究热点。通过对巴丹吉林沙漠及周边地区表层沉积物进行矿物分析,在此基础上对巴丹吉林沙漠的可能物源区进行分析,进一步利用化学质量平衡(CMB)模型探讨了各物源区对巴丹吉林沙漠的贡献率。结果表明:巴丹吉林沙漠的表层沉积物中主要矿物包括相对比较稳定钠长石、钙长石、歪长石、黑云母、斜顽辉石、透辉石、铁辉石、微斜长石、白云母、正长石、石英和榍石以及不具区域代表性的斜绿泥石、石膏、角闪石、方解石、岩盐;主要物源区包括沙漠湖积平原沙、洪积平原沙、现代湖泊沉积物、外源沙和岩石风化壳;其中岩石风化壳和现代湖泊沉积物属于就地起沙,基本只影响其周边区域,来自沙漠北部的冲洪积沙和来自沙漠西北的外源沙是沙漠的主要物源。这与中国东部沙漠以湖泊沉积就地起沙有明显不同,可能和沙漠的发育过程、地质历史时期湖泊退缩规模和气候环境状况有关。     

基于自组织理论的巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布特征研究

通过最邻近距离法定量描述了巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布特征,分析和讨论了巴丹吉林沙漠高大沙山的主要成因和影响因素。结果表明:研究区内高大沙山空间分布的均匀程度整体上呈现出由西向东逐渐增大的趋势,而东南部靠近雅布赖山地区略有降低,最邻近指数R主要分布在1.29~1.63。沙山底面积和沙山绝对高度在空间上同样呈现出由西向东逐渐增大的趋势,但巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布均匀程度的发展并不直接受到所在地海拔的影响。巴丹吉林沙漠高大沙山在空间分布上具有较高的自组织特征,而风力作用是塑造和维持巴丹吉林沙漠高大沙山巨大高度与自组织排列特征的主要力量。     

巴丹吉林沙漠湖泊-沙山近地表风沙动力环境

高大沙山与湖泊交错发育的地貌景观多年来引起了学术界的广泛关注。基于巴丹吉林沙漠腹地大沙枣海子及其周边5个气象站点的同步风况资料,探讨了区域起沙风况、输沙势以及主导输沙风向的空间分布特征。并结合湖泊-沙山独特的地貌格局,初步揭示了大沙枣海子局地环流以及风沙动力环境。由于受高大沙山的影响,大沙枣海子及其外围局地环流非常明显,合成输沙方向自湖泊中心向外围呈反向发散分布。从沙山外围至湖泊中心,起沙风次数呈同心圆状递减。合成输沙势[RDP]和合成输沙方向空间变化较大,湖泊西侧合成输沙方向以东南向为主,而东侧以西南向为主,区域风能属于低能环境。     

巴丹吉林沙漠沙山区高含量薄膜水与水分平衡研究

通过野外实地考察和实验分析,在巴丹吉林沙漠的呼和吉林湖东沙山、呼和吉林湖西沙山和伊利克敖包沙山斜坡上发现了高含量薄膜水和带状分布的灌木植被。分析表明：① 沙山沙层中出现了含量在3％~5％之间、占据厚度为0.5~3.0 m之间的高含量薄膜水,并出现了一部分水分含量大于5％的重力水,这在极端干旱的沙山斜坡沙层中是非常少见的。② 沙层中的含水量垂向分布与重力水的存在指示,在当年雨季末期,大气降水就完全能够通过沙层入渗达到2~4 m或更大深度,从而避免了蒸发作用的消耗,确保了沙层水分能够通过入渗向深层运移。③ 沙山沙层中高含量薄膜水和重力水的存在以及灌木植被带的发育充分证明,该区大气降水在经过蒸发与蒸腾消耗之后,仍有剩余的水分渗入地下,显示了沙山区沙层水分为明显的正平衡。高含量薄膜水的存在和带状植被的发育的表明大气降水至少是该区地下水和湖水的重要补给来源之一。④ 沙山表层1~4 m深度范围有时存在含量大于5%的重力水,表明沙山表层水分运移动力很强。沙层入渗率高,沙层水受蒸发影响的深度小,利于大气降水向地下水的转化,这也是该区大气降水能够补给地下水的重要原因。     

巴丹吉林沙漠沙丘形态与风动力关系的初步研究

通过气象资料分析、遥感解译、野外地貌调查、沙丘形态测量和沙丘表沙粒度沉积学分析,对巴丹吉林沙漠不同沙丘的形态特征及其动力机制进行了系统研究。研究结果显示,巴丹吉林沙漠近40 a来的输沙势有高频变率、多向变化的特点,并在沙漠东南缘更为显著。宏观尺度上,在特征输沙场作用下,绝大部分沙山的走向很规则,且在沙丘形态上既表现出横向沙丘的部分特征,也有高大沙山独有的特点。不同走向沙丘的表沙粒度沉积学对比分析表明,表沙的平均粒径和分选系数与规则走向沙山的沙丘形态具有较好的相关性,这种相关性与沙漠东南缘的气流场总体对应。不规则走向沙山的表沙粒度分布特征较为复杂,可能是沙丘发育过程中受下伏地形起伏影响,其形态反作用局部气流场所致。沙山尾部和丘间带表沙常有多峰态的粒度分布特征,各峰指示了不同的风沙运移方式。     

巴丹吉林沙漠典型高大沙山迎风坡粒度特征

风沙地貌形态与地表风动力的互馈机制研究是近年来风沙地貌学研究的热点问题.以巴丹吉林沙漠高大沙山为研究对象,选取巴丹吉林沙漠东南部苏木巴润吉林以西高度约400 m的高大沙山,对其迎风坡沉积物粒度特征进行系统采样分析,研究了高大沙山迎风坡沙物质粒度由坡脚至丘顶以及表层和下层的变化规律.结果表明,沙山迎风坡表层沉积物的粒度组...     

巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的线条美

巴丹吉林沙漠是中国第二大流动沙漠,被列入世界自然遗产提名地名录,具有独特的美学价值,但目前尚缺乏沙漠美学价值的系统论述。本文基于野外考察、影像和文献资料,将美学原理与风沙地貌学理论结合,探讨巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的美学价值,侧重其独特的线条美。将高大沙山地貌的线条分为直线、曲线和交织线条,分别解析其美学的表现形式和所包含的科学内容。巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的潜在美学价值值得挖掘,对沙漠资源特别是旅游资源的开发乃至沙漠科学知识的普及具有重要意义。     

巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠沙山斜坡上发现了沙漠区罕见的因大气降水而产生的地表超渗径流,地表径流侵蚀,缓渗径流及因地下径流出露而产生的地表径流--风沙混合物理沉积与化学沉积(次生盐).根据电镜观察,能谱分析,化学分析和粒度分析等资料,研究了径流化学沉积物的矿物和化学组成,风积沙和径流--风沙混合物理沉积物的粒度组成,径流类型及沙山区水分平衡,降水对地下水与湖水的补给机制.超渗径流的出现表明,虽然该区降水量少,但存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.径流,径流--风沙混合物理沉积和化学沉积等六项科学指标从深层次上充分证明,该区降水通过入渗至少达到了沙山的下部,完全能够对地下水构成有效补给.细粒层相对的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区确实存在令人惊奇的水分正平衡,即在大气降水在经过蒸发和蒸腾等消耗之后,每年还有约134648.4 t/km²水补给了地下水和湖水,成为湖水的重要补给来源之一.沙山区能够产生有效降水,植被稀少蒸腾量少,沙层入渗率高和沙层受蒸发影响深度很小是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的四个条件,也是导致该沙漠区有众多湖泊发育的主要条件.     

巴丹吉林沙漠形成演变的若干问题

巴丹吉林沙漠是我国第二大沙漠,面积为49200km²,其产生至少始于中更新世早期,受冰期和间冰期气候变化的影响,呈波动形式,经历发展与固定的变化过程;高大沙山则是在这一过程中经过风的长期作用而形成;与沙山相间分布的湖泊之成因和演变主要受沙山形成和现状的影响。     

巴丹吉林最高沙山区CO2浓度与昼夜变化规律

为查明沙漠区CO₂浓度和对大气CO₂的影响以及在全球碳循环中的作用,利用红外CO₂监测仪,在2009年5月对全球最高大的巴丹吉林诺尔图东大沙山等进行了17个钻孔CO₂浓度的昼夜观测。结果表明,巴丹吉林大沙山不同观测点CO₂浓度差异较大,各观测点CO₂浓度变化在0.01%~0.075％之间;夜间沙层CO₂浓度低,白天CO₂浓度高;CO₂浓度昼夜变化明显,从早7时到次日7时1~5m各深度CO₂浓度均呈现由低到高再到低的变化规律;在24h内,沙层CO₂浓度变化存在4个转折点,分别出现在凌晨5时、11时、18时和21时左右。在沙层水分一定的条件下,昼夜温度变化是造成沙层CO₂浓度昼夜规律变化的主要原因,两者呈正相关关系;含水量较高的沙层CO₂浓度明显高于含水量较低的沙层;5m深度以上沙层CO₂浓度均高于地表空气CO₂浓度,表明极端干旱的高大沙山区是CO₂的来源区,也指示环境恶劣的裸露高大沙山区微生物活动产生的沙层CO₂浓度仍然超过了大气CO₂浓度。     

基于DEM数据的巴丹吉林沙漠沙丘分布规律及其形态参数

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型（DEM）因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来，受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定，对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部，缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究，是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象，利用研究区DEM数据和一种新的算法，研究了沙漠内两种主要类型沙丘（横向沙丘、星状沙丘）的分布规律及其形态参数特征。结果表明：沙漠内独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，高度超过350 m的巨型沙山共有53座，其中星状沙山7座，最大高度383 m；横向沙山46座，最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在现代气候和环境条件下，横向沙丘高度仍在增加，而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NW-SE。横向沙丘起沙风风向单一，沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向；星状沙丘起沙风风向略为复杂，沙丘存在多个次级轴向。     

旅游照片视角下的巴丹吉林沙漠自然美

巴丹吉林沙漠被称为世界最美的沙漠。基于旅游者拍摄的巴丹吉林沙漠自然景观照片,通过设计美感度评价量表,对地理学、材料学和美术学研究生进行访谈调查,获取不同学科背景受访者对巴丹吉林沙漠美感度评价数据。结果表明:①可供人们欣赏的巴丹吉林沙漠自然景观类型丰富多样,包括沙山(沙丘、沙波纹)、湖泊和沙山组合、动物、植物及日出日落等5大类。其中,人们对湖泊和沙山组合型自然景观的评价最高。②巴丹吉林沙漠兼具形象美、色彩美和线条美,且3类美都享有很高的美感度评价。③巴丹吉林沙漠兼具旷美、静谧美、柔美、奇美、苍凉美、幽美、险美、朦胧美和雄美等9类形象美。其中,旷美、静谧美和柔美等3类形象美在巴丹吉林沙漠中体现尤为突出。④令人印象深刻的沙漠色彩包括蓝、黄、绿、白、黑和紫等冷暖色彩。不同色彩通过无色彩对比、无彩色与有彩色对比及冷暖色彩对比,产生令人印象深刻的视觉效果。⑤巴丹吉林沙漠拥有美丽的沙脊线、沙丘链和沙波纹等线条,线条以蛇形线、斜线和水平线等为主。不同类型线条通过组合或重复排列,传达出巴丹吉林沙漠的韵律之美、动态之美和生命之美。⑥巴丹吉林沙漠自然景观对不同群体的吸引力是不同的,群体学科背景差异越大,吸引力差别越显著。最后,提出进一步合理开发利用巴丹吉林沙漠自然景观资源的建议:坚持可持续发展战略,精心呵护巴丹吉林沙漠自然景观;加强旅游宣传与开发,发挥巴丹吉林沙漠美育功能;注重旅游者群体差异分析,进一步细分和扩大旅游市场。     

腾格里沙漠宁夏中卫沙层含水量研究

为了揭示腾格里沙漠地区沙层含水量、水分存在形式、运移和水分平衡等问题,对该沙漠东南部不同沙丘进行了含水量研究.结果显示,腾格里沙漠沙层含水量空间变化大,沙丘中、上部含水量低,下部与洼地含水量高.毛管水层指示毛管水上升高度一般为60 cm左右,毛管水层平均含水量为14.9%.由于研究区相对降水量偏多,沙层水分存在饱和重力水、毛管水、高含量薄膜水和低含量薄膜水等多种形式,在毛管水层之上的沙层水分一般均为薄膜水,5%左右的高含量薄膜水的存在是该区沙层水分含量的突出特点.沙层中薄膜水带的上、中、下部均有含水量较高的层段,表明该区大气降水经蒸发、蒸腾之后,仍有剩余的水分向下入渗,并成为地下水的补给来源.     

巴丹吉林沙漠横向沙山的研究现状与问题

处于我国西北内陆干旱荒漠地带的世界最高大的沙丘系统——巴丹吉林沙漠横向沙山系统,具有重要的风沙地貌与沙漠第四纪地质及水文学研究价值。以往的研究主要取得了对该沙漠及其沙山的近130 ka来环境变化历史的框架性认识。沙漠的形成时代、沙源、沙山及其间湖泊的成因与演化过程等及其与区域及全球气候环境变化的关系需要进一步研究。在研究方法上,需要重视沉积学方法的应用。对这些问题的深入研究,不仅对认识其自身奥秘,促进风沙地貌学与沙漠第四纪地质学的进展,而且对认识区域气候、环流、水循环、大地构造等重大环境问题具有重要作用。     

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100~200 m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1.042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200~300 m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1.119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300 m,平均为30943 m,最高可达465 m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1.148164)。     

巴丹吉林沙漠高大沙山的形成发育研究

通过对巴丹吉林沙漠高大沙山的考察，以及沙丘形态和风况、沙山TL测年、古沙丘层理产状等的研究表明，高大沙山的形成发育受沙源、风系、底基地形和灌草植被等因素的影响。第四纪以来弱水古水系的变迁为沙漠及沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。沙山发育的受西风和西北风两大盛行风系的控制，末次冰期以前为西风环流主导时期，地表盛行风向为西风，次为西北风；末次冰期以来为季风环流主导时期，地表盛 行风为西北风，次为西风。沙山底基地形的起伏不仅诱发近地表气流产生波伏运动，同时也是风沙流运行的障碍。气候湿润期发育的沙丘灌草植被通过抑制风蚀、扑捉风沙等作用加速沙山的发育。高大沙山是新月形沙丘和沙丘链、复合新月形沙丘和沙丘链演进而形成的大型稳定风积床面形态。     

敦-格铁路途经库姆塔格沙漠东缘高大沙山区可行性研究

通过对规划中的敦-格铁路沙山沟段两侧沙漠地貌的实地调查,发现沙山沟两侧形似高大复合型沙山的地貌,实为阿尔金山前洪积扇前缘的冲洪积、冲湖积平原受构造抬升后剥蚀而形成的剥蚀丘陵台地覆盖流沙所致。由于下伏地形十分稳定,因此,沙山沟两侧沙山不会发生整体移动,也就不会对敦-格铁路造成威胁。再结合气象资料计算了沙山沟的最大可能输沙量及输沙方向,结果表明,输沙方向与铁路基本平行,同时微地形造成的顺谷风有清沙和导沙的作用。最后分段讨论了该区域内可能存在的沙害及其影响,认为该地区风沙灾害可防可治,铁路可以通过,并且提出了防治沙害的有效措施。     

巴丹吉林沙漠地表沉积物粒度特征及区域差异

对巴丹吉林沙漠不同区域、不同类型沙丘、不同地貌部位的223个地表沉积物样品进行粒度分析表明,该沙漠的流动沙丘主要由细沙组成,其含量可达49.5%～66.1％;沙丘沙的平均粒径介于2.104～2.706 Φ之间,粗于塔克拉玛干沙漠和腾格里沙漠,与世界其他沙海中沙物质粒径相比处于中等粗细。粒径最细者为灌丛沙丘表面沙粒,最粗者为横向沙山迎风坡;分选度好至极好,均为正偏中等峰态。丘间地物质粗于沙丘沙,平均粒径为1.409 Φ,分选较好,正偏窄峰态。从频率曲线来看,沙丘沙为单峰,丘间地多为双峰或三峰。在典型横向沙山剖面上,自迎风坡坡脚至沙丘顶部平均粒径变细而分选性变好,最粗的沙粒出现在靠近迎风坡坡脚的丘间地,而最细和分选最好的沙粒出现在紧邻沙丘顶部的背风坡。尽管横向沙山与新月形沙丘和沙丘链的尺度不同,但二者同属横向沙丘系统,具有相似的沙丘动力机制,因而粒度参数之间关系的表现趋同。从区域上来看,在平行于主导风向的3条NW—SE向断面上,沙漠中北部高大沙山之间低矮“通道”上的沙粒平均粒径存在微弱的变细趋势,而高大沙山区则不存在明显的变化规律;在平行于雅布赖山的3条SW—NE向断面上,粒度参数沿断面方向无明显的变化规律,但断面越靠近雅布赖山平均粒径越粗。一般认为巴丹吉林沙漠是中国重要的沙尘源区之一,然而粒度分析结果表明,沙漠中北部几乎不含粉沙黏土（<0.0625 mm）组分,而东南部的横向沙山区含量则相对较高,这就需要进一步推断巴丹吉林沙漠具体的沙尘源区和沙尘释放过程。以上变化规律说明,除了物源和主导风向等宏观因素外,引起局地气流改变进而影响沙粒跃移过程的地形起伏、植被覆盖等微观因素也对沙粒分选过程起着重要的控制作用;宏观和微观因素共同作用,最终形成的粒度参数规律性在沙丘尺度上要好于区域尺度上。该粒度分析结果,对于分析巴丹吉林沙漠沙物质来源和形成演变过程、反演高大沙山形成机理、估算地表沙尘释放量等均具有重要参考意义。