库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面风沙流结构变异

对库布齐沙漠南缘抛物线形沙丘表面气流和输沙率的野外观测和分析结果表明,沙丘表面约90%的风沙输移集中在距沙面0.10 m高度范围内,输沙率随高度递减的形式在沙丘各部位因风速、下垫面状况和坡面形态不同而发生变异。沙丘迎风坡坡脚因出露坚硬、含砾石地表,颗粒跃移高度大,风沙流上层相对输沙率大;迎风坡沙粒沿坡向上运动,颗粒跃移高度减小,风沙流中近地表相对输沙率大;沙丘背风坡沙粒沿坡向下运动,加之来自丘顶变型跃移物质的影响,风沙流上层相对输沙率较大;脊线受迎风坡各个断面地形差异的影响,各观测点间风沙流结构差异显著。风沙流结构在迎风坡和丘顶均遵循指数递减规律(Q=aexp(-z/b)),其中,指数函数拟合中系数a与输沙率具有良好的幂函数关系,随风速增加而增加,但二者关系较弱;b与二者无相关性。背风坡风沙流结构具有明显的分段现象,以0.10 m高度为界,下层符合指数函数,上层符合幂函数。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙粒胶结体的粒度特征

对塔克拉玛干沙漠腹地沙粒胶结体进行溶蚀分散获取组成沙粒,采用激光粒度仪分析粒度成分,并与区域内沙丘沙、垄间平地沙和风沙流输沙的粒度特征进行对比,分析沙粒胶结体的粒度特征。结果表明：（1）沙粒胶结体中沙粒粒径呈多峰态分布,垄间平地沙呈双峰态分布,而沙丘沙和风沙流输沙呈单峰态分布;（2）沙粒胶结体内沙粒分选性较差,偏度属正偏,平均粒径（3.17 Φ）介于沙丘沙（3.10 Φ）和垄间地沙（3.28 Φ）、风沙流输沙（3.67 Φ）之间;（3）沙粒胶结体中沙物质主要组分为细沙和极细沙,与沙丘沙、垄间平沙地沙一致,而与风沙流输沙（极细沙和粉沙）不一致。与沙丘沙、垄间平地沙以及风沙流输沙相比,沙粒胶结体中粉沙、黏土和中沙相对富集,是现代地表物质的混合物;（4）与沙丘沙、垄间平地沙和风沙流输沙相比,沙粒胶结体内沙粒的蠕移-跃移、跃移-悬移截点粒径均偏细,蠕移组分所占比重很高。从组成颗粒的粒度组成来看,沙粒胶结体的形成受局地沙源和风动力的共同影响,是特殊环境条件下现代地表过程的产物。     

基于GIS空间分析技术的新月形沙丘表面输沙率模型研究

 输沙率研究是风沙物理学与风沙工程学的重要内容。为了尝试GIS空间分析技术在新月形沙丘表面不同部位输沙率分布及模型建立中的应用,选取塔克拉玛干沙漠腹地典型孤立新月形沙丘,对其表面进行粒度采样和风速采样,并对沙丘表面的五个典型部位进行输沙率的采集。经过对风速数据归一化处理之后,根据粒度和风速采样特点,分别应用克里格方法和反距离方法对粒度和风速样点插值,得到新月形沙丘表面栅格形式的粒径分布和风速分布图。利用3种常用输沙率模型分别对沙丘表面5个典型部位进行输沙率计算,并与实测值进行对比。选取拟合优度最佳的Srensen模型,整合粒径和风速分布图,利用地图代数方法对沙丘表面输沙率分布进行计算,得到栅格形式的沙丘表面输沙率分布图。利用GIS的空间分析技术研究沙丘表面的输沙率分布,克服了传统定点观测的诸多不足。     

柴达木盆地风能环境特征北大核心CSCD

通过对柴达木盆地不同风沙地貌区风速与风向的长期观测,探讨了盆地内的风能环境特征及其对风沙地貌发育的影响。结果表明:(1)盆地内各区域年平均风速、起沙风平均风速和起沙风频率的变化趋势较一致。在风蚀地貌中,长垄状雅丹区年平均风速、起沙风平均风速和起沙风频率均为最高;而沙丘地貌区中,察尔汗线形沙丘区最高。(2)长垄状雅丹区为单峰型起沙风,主要来自NNW和NW方向;而其他雅丹区起沙风均为双峰型,均存在一个主风向和一个次风向。祁曼塔格山前沙丘区起沙风以WNW和NW方向为主,线形沙丘区偏W方向起沙风占比较高。(3)除犬牙状/圆锥状雅丹区是锐双峰风况外,其余雅丹区均为单峰风况。长垄状雅丹区属高风能环境,方山状雅丹区为中等风能环境,其余雅丹区为低风能环境。线形沙丘区皆为宽单峰风况,而祁曼塔格山前沙丘区为钝双峰风况。除察尔汗线形沙丘区为中等风能环境外,其余沙丘区为低风能环境。(4)自盆地西北部向东南部,输沙势、合成输沙势逐渐降低,合成输沙方向由NNW向WNW方向转变,风向变率由低向中等转变。     

塔克拉玛干沙漠中部地区线形沙丘表面动力学过程

通过野外观测与室内风洞实验模拟,结合研究区气象资料统计分析,研究了塔克拉玛干沙漠中部地区线形沙丘表面动力学过程。结果表明,塔克拉玛干沙漠中部地区的线形沙丘与主风向的夹角为１２．５°,与年合成输沙方向（ＲＤＤ）的夹角为４．８°。年合成风向与主风向一致,但风向变率较大。风洞模拟实验揭示,当风向与线形沙丘的夹角较小时,沙丘背风侧均有旁侧气流存在,且随夹角增大而减弱。气流与输沙势分解结果显示,由于平行于沙丘的输沙分量显著大于垂直于沙丘的输沙分量,使线形沙丘纵向移动较快,约为１０ｍ·ａ－１。整体侧向移动不明显,但因风向变率较大,沙丘基座以上局部侧向移动频繁;平行于沙丘的气流分量大于垂直于沙丘的分量,加上背风侧旁侧气流盛行,使沙粒的总体运动方向平行于沙丘的走向方向,从而使线形沙丘在快速纵向移动的过程中保持形态基本不变。     

库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风成沉积物粒度特征

对位于库姆塔格沙漠北部的三垄沙地区,迄今尚未开展详细的风沙地貌研究。对该区域地表沉积物样品进行粒度分析,旨在探讨不同区域、不同沙丘类型以及沙丘不同地貌部位的沉积物特征差异。结果表明:三垄沙地区地表沉积物以中沙和细沙为主,二者平均含量之和为63.20%,平均粒径为0.95~1.89Φ,分选系数为0.55~1.55,粗于库姆塔格沙漠和塔克拉玛干沙漠,与世界其他沙海沙物质相比属于偏粗粒径。三垄沙地区的主要沙丘类型为新月形沙丘或沙丘链,其北部发育有线形沙丘;这两种沙丘表层沉积物平均粒径均属于中沙范围,且从沙丘底部到丘顶平均粒径变大、分选变好,最粗的沙粒出现在沙丘顶部,平均粒径分别为1.64Φ和0.71Φ,不同于其他地区沙丘顶部沉积物最细的分布模式。从概率累积曲线来看,流动沙丘多为二段或三段式,风成沙砾浪和剥蚀残丘多为三段或四段式,表明后者经历的分选过程较短。本区地表沉积物的平均粒径沿主导风向有变小的趋势,其中,新月形沙丘和线形沙丘的这一特征最为明显。     

金字塔沙丘近地表流场及其对月牙泉影响研究

对月牙泉景区气象站点资料和积沙量统计分析以及月牙泉北侧金字塔沙丘近地表流场野外观测表明：受地形影响,月牙泉景区和金字塔沙丘各点起沙风玫瑰和输沙势玫瑰在监测期内差别较大。在金字塔沙丘影响下,不同风向下气流发生多次分离和汇集,沙丘近地表气流发生明显变化,携沙气流行进方向发生改变。金字塔沙丘坡面上各点合成输沙势和起沙风与坡面走向呈垂直角度,气流沿坡面爬越沙丘时,动能发生损耗,携沙能力减弱,减少了进入月牙泉的风沙量,减弱了月牙泉的风沙灾害。     

鄂尔多斯高原油蒿(Artemisia ordosica)灌丛沙堆风沙气流结构及其地貌学意义

鄂尔多斯高原广泛分布的油蒿(Artemisia ordosica)灌丛与风沙流相互作用形成灌丛沙堆,其形态发育主要受控于周围风沙输移状况.利用EC9-1型风向风速传感器和阶梯式集沙仪对平坦覆沙地上油蒿灌丛沙堆周围的风沙气流进行了观测,系统地分析了近地表水平流场、风速廓线和输沙率的分布和变化特征.结果 表明:气流结构和输...     

毛乌素沙地南缘横向沙丘粒度分布及其对风向变化的响应

在风季发生转换期间, 根据不同方向风的持续时间, 对毛乌素沙地南缘长48m, 高8m 的 横向沙丘进行了7 次断面形态测量和表面沉积物采样分析。结果表明, 横向沙丘断面形态及表面 沉积物粒度分布随区域气流方向和强度而发生变化。在沙丘各部位, 丘顶及附近两侧的沙粒活动 性强, 表面沉积物粒径及分选参数变化显著。在粒径及分选参数中, 粒径频率曲线、平均粒径和偏 度对风的作用比较敏感, 随时间的变化也明显, 利用它们的变化可以解释区域气流变化对沙丘的 影响。风向发生转换时期的短期观测和采样分析结果进一步说明采样时间是影响沙丘表面沉积 物粒度特征的重要因素。     

古尔班通古特沙漠腹地半固定沙垄顶部风沙运动规律

利用DETI可移动测风系统,结合多向集沙、阶梯式积沙和总体沙面活动强度观测,系统研究了古尔班通古特沙漠腹地半固定沙垄表面风沙运动规律。结果表明:沙漠腹地沙垄两坡和垄间多被植被与生物结皮覆盖,地表处于稳定状态,地表输沙主要集中于垄顶部至两坡上部。系统性天气条件下,气流以净风状态在迎风坡持续加速,至垄顶迎风侧边缘流速增至最大并开始起沙,风沙流越过垄顶后受植被阻挡和回旋涡流的双重影响,在垄顶背风侧上部急剧减速并发生沙物质沉积,此后气流速度又逐渐恢复。起沙风由沙垄两侧交替入射,不断将沙物质从垄顶一侧搬运到另一侧。流动带两侧沙面活动剧烈,流动带中部作为过沙床面,蚀积变化低于两侧。垄顶输沙量沿垂线方向呈指数分布,输沙率、各高度层输沙量以及沙物质输移高度都随着风速的增大而增大。垄顶部距地表6 cm和10 cm以内的输沙量分别占总输沙量的80%和90%。垄顶输沙势与实测输沙量之间具有良好的相关性,初步推测1VU的输沙风能在垄顶1 m的过沙宽度上可以产生25 kg的输沙。     

Dynamic processes of a simple linear dune—a study in the Taklimakan Sand Sea, China

Samples of dune sands, surveys of the morphology and field measurements of wind velocity and direction of a simple linear dune in Taklimakan Sand Sea show that the airflow and sand flux vary with the change of wind direction on the dune surface. Decrease of the airflow stress on the lee flank does not result in much decrease of the sand flux because of the low threshold shear velocities and the airflow conditions. There are no significant relations between the sand flux on the lee flank and the angle of incidence of the airflow. The low threshold shear velocities and the maintenance of the sand flux at the lee flank are the main mechanisms keeping the linear shape of the dunes. Measurements of the sand flux shows that it reaches a maximum on the crest of the dune. The grain size of the transported sands has some differences compared to that of the dune surface. The sands transported are finer than that on the dune surface, but better sorted under the influence of the medium to low wind activity. The field experiment results exhibit that it is possible for the dunes to be shaped as linear dunes during the processes of accumulation and elongation.     

回涡沙丘的形态特征与表面物质组成

在沙丘分类系统中,回涡沙丘是一种重要的有障沙丘形态,系运移风沙流在障碍物前遇阻堆积而成。野外测量表明,回涡沙丘具有与新月形沙丘相似的外观,其迎风坡坡度一般在2°～18°之间,背风坡坡度较陡为21°～31°。回涡沙丘高度及其与障碍物距离受障碍物高度的控制,障碍物越高则回涡沙丘也越高,沙丘离障碍物也越远,沙丘高度、沙丘与障碍物距离分别与障碍物高度线性相关。粒度特征反映了局地沙源特征,粗细颗粒均可在风力作用下形成障前堆积形态。同一地区回涡沙丘与新月形沙丘表面物质的粒度参数对比表明,由于障碍物前回旋涡流的影响,回涡沙丘表面物质经历了更为强烈的风力分选过程,物质组成更细,分选更好,更趋于正偏和窄峰态。     

Elongation and migration of sand dunes

Two distinct processes are known to act on dynamic dunes, the process of migration by erosion on the windward side and deposition on the lee side, typical for transverse dunes, and the process of elongation typical for linear dunes. These two processes are determined by wind direction relative to the dune alignment. This article reviews the assertion that linear dunes experience lateral displacement in addition to elongation. Fieldwork on vegetated linear dunes (VLDs) and GIS work on seif dunes indicates no lateral migration for these dunes. Linear dunes can shift laterally only when a slip face, formed on the lee side, reaches the plinth of the dune. The winds from both sides of the seif dune are never symmetric; usually winds from one direction are more dominant and effective. The outcome is the formation of peaks and saddles along the dune. The strongest winds create a slip face on the lee side of the peak segments of the dune, oblique to the dune alignment, which reaches the base of the dune and displaces the peak downwind along the dune alignment. The internal structure of the seif dune is formed mostly by this dominant wind direction and gives the impression that the dune has shifted laterally. On the other hand, there are cases in which the wind directions relative to dune alignment fall between those of transverse and seif dunes. In such cases, both processes act on the dune, which subsequently experiences migration as well as elongation.     

偏西风作用下敦煌月牙泉金字塔沙山顶部风沙流初步观测研究

金字塔沙山丘体高大,形态复杂,坡面风沙动力过程实地观测困难,至今尚无坡面风沙流野外观测数据。通过新研制自动集沙仪,对偏西风作用下敦煌月牙泉北侧金字塔沙山顶部风沙流进行了实时观测,共观测8组近地表51.4 cm高度内输沙数据,各观测时段中2 m高度平均风速7.46～14.15 m·s^-1,各组观测时长18~95 min。结果表明：偏西风纵向气流作用下金字塔沙山风沙流结构与平坦地表一致,即输沙量随高度增加呈单一的指数规律递减,且风沙流主要在近地表30 cm高度内输移。风沙流结构特征值λ以大于1为主,且随风速增大而增大,表明金字塔沙山坡面过程主要表现为风蚀过程。偏西风作用下金字塔沙山风沙流中沙粒以细沙为主,平均粒径随高度增加而减小;沙山迎风坡沙粒从坡脚到沙脊线逐渐粗化,风蚀作用增强,细沙从而随风沙流搬运至沙山顶,对金字塔沙山多以细沙为主的格局形成起重要作用。     

Lateral stability of central Australian longitudinal dunes

Some authors consider that linear dunes migrate laterally on a grand scale, much as rivers move across floodplains. Others have concluded that lateral movement is limited in time and space. During the phase of dune initiation, small ribbons of sand formed in the lee of obstacles merge and coalesce to form recognisable linear dunes. Repeat observations demonstrate that mature sand ridges change position laterally a few metres either way within close limits defined by sand spillages on the slip or avalanche slopes that change orientation in response to changing sand-moving wind directions. This essay considers evidence by which to differentiate these two points of view. Supporting evidence for limited migration take the form of dunes resting on plinths of older alluvial substrates, some capped by gibber and that stand higher than adjacent interdune corridors. Such exposures show that the sand ridges have not migrated laterally during the last several tens of thousands of years. Migration is inhibited by clay cores, calcareous (calcrete) horizons, and the development of vegetated flanks. For these reasons, it is proposed that lateral migration be defined as a change of dune plan position that is greater than the maximum extent of sand deposition that develops in response to changes in the direction of sand-moving winds.     

风向对半固定沙垄表面风速影响——以古尔班通古特沙漠为例

利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速进行实地观测,获取了主要风季不同风向条件下沙垄表面7个典型部位距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm 5个高度的风速系列数据,系统研究风向对半固定沙垄表面坡面风速及风速廓线的影响。结果表明,迎风坡的气流加速和背风坡的风速降低现象在实际观测中得到证实,但受风向的影响甚大。垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率则随入射角的增大呈线性关系递减。大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况。无论气流以何种角度入射,距沙垄表面20 cm高度气流的加速均较其他高度缓和。沙垄底部和坡中下部的风速廓线变化趋势基本一致,且呈较好的对数拟合关系;两坡中上部和垄顶部的对数拟合方程相关系数偏小;受回旋涡流的影响,风速廓线在背风坡上部有明显偏折,初步断定涡流中心在距地表40 cm左右的高度。     

横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟

二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作用。因此,设计了一系列具有不同迎风坡坡度的横向沙丘模型,采用粒子图像测速技术,通过风洞实验模拟了沙丘背风侧的气流分离和重新附着。实验结果表明,当来流风速垂直于沙丘脊线时,沙丘背风侧的气流重附距离介于4\^8 H~10\^8 H之间(H为沙丘高度),最大重附距离出现在迎风坡坡度为15°的沙丘背风侧;沙丘迎风坡坡度是控制背风侧气流重附距离的主要因素,而自由风速对气流重附距离的控制作用较小。根据实验结果,还讨论了气流分离与重附对沙粒运移和沙丘形态维持的沉积学意义。     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

腾格里沙漠东南缘格状沙丘表面气流及其地貌学意义

对腾格里沙漠东南缘沙丘形态与区域气流的分析表明,格状沙丘发育在双向低风能环境。沙丘表面气流及沉积过程的观测结果,主梁长期处在横向气流环境,其形态主要受背风坡分离气流控制,并以迎风坡侵蚀、背风坡净堆积形式顺主风向迁移。副梁处在双向-斜向气流环境,背风坡的附体偏向气流控制其形态和动力学过程,而且其强度是原始风入射角余弦的对数函数。在斜向风作用下,副梁迎风坡侵蚀的同时,背风坡中下部也发生沙粒的纵向输移且堆积于主梁背风坡,从而导致副梁沿年合成输沙方向延伸。由此认为,格状沙丘的主梁形成于主风-西北风的作用,而副梁是在主梁基础上并在主风和次风-东北风的交替作用下形成的;其形态动力学类型应属纵向沙丘置于横向沙丘之上一种复杂型沙丘。     

金字塔沙丘形成的动力条件分析

金字塔沙丘(或星状沙丘)形成的动力条件主要有三个方面:一是在非沙质床面的气流场辐合区,一般具有三个以上近似均布的主风向,各主风向的风力强度、出现频率及持续时间不尽相同,但年总输沙能力较为接近,而且月输沙能力具有明显的季节变化;二是不太充裕的沙源和高浓度不饱和风沙流;三是不同尺度地形条件的动力作用,和沙漠与戈壁下垫面的热力影响。在沙质床面,往往由于高浓度饱和或过饱和风沙流的作用,导致新月形沙丘或新月形沙丘链的变态,或重新组合成金字塔状的沙丘形态,但不可能发育为典型的金字塔沙丘。