沙漠流动性的气候评价

流动性是沙漠或沙丘的突出特征之一,是风沙运动的产物,与气候关系密切.然而,目前尚没有被广泛接受的沙漠或沙丘流动性与气候关系的研究成果和评估方法.本文简要评述了在沙漠流动性和气候关系方面的一些代表性研究工作,讨论了目前研究存在的问题,展望未来发展趋势.研究者们曾提出风蚀气候指数、输沙势以及沙丘活动指数,试图表达沙漠流动性与主要气候要素,如风速和降水量之间的关系.风蚀气候指数主要针对土壤风蚀,根据风沙活动强度与风速以及土壤湿度的经验关系,通过风速和降水-蒸发指数表达气候侵蚀性.输沙势针对流动沙丘的形成和发育环境,适用于表达干旱流动沙丘区的潜在风沙活动强度.沙丘活动指数与风蚀气候指数类似,但更适用于流动或固定沙丘区,是判断沙丘流动程度的指数.沙漠的流动性不仅与气候特征有关,而且与当地总体地理环境背景、地表沉积物物理化学性质等有关.沙漠的流动性变化相对于气候变化具有滞后性,因而在气候变化的背景下,沙漠流动性与气候的对应关系变差.如何针对不同区域,表达气候要素对沙漠流动性的影响,以及沙漠流动性对气候变化的响应是需要深入研究的问题.     

巴丹吉林沙漠沙山粒度组成与沙山地貌分带

为查明巴丹吉林沙漠东南部沙山的成因与发育机制,在沙山密集分布的中心地区选择典型高大沙山作为研究对象,将单个沙山的物质组成与地貌分带相结合进行系统、定量的研究.通过粒度分析获得了沙山不同剖面、不同部位沉积物的粒度组成和各粒级含量的变化等数据,并进一步探讨了粒度组成和含量变化与沙山地貌分带、形成风动力条件之间的相互关系.得出以下主要结论:1.巴丹吉林沙漠沙山粒度组成为粗粉砂、极细砂、细砂、中砂、粗砂.其中细砂含量最高,中砂、粗砂次之,极细砂和粗粉砂含量均较少.2.沙山迎风坡表层沉积物的粒度比迎风坡下层和背风坡表层要粗,其搬运介质的平均动能也最大.3.从沙山坡脚到坡顶粒度组成均呈现由粗变细的趋势,这是由它们的形成过程和受到的动力作用存在差异决定的.4.沙山迎风坡不同部位的坡度、沙丘类型与分布在纵向上存在明显差异,可将其分为风蚀粗化的平沙洼地带、稀疏简单的新月形沙丘或沙丘链带、密集叠置的新月形沙丘及沙丘链带、陡峭的主峰带等4个地貌带.5.组成沙山的风沙物质不是一次搬运到达沙山中上部的,而是经过了多次的风力搬运阶段才达到的.     

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.     

中国北方不同区域典型站点降尘特性的对比

2001年4月—2002年3月,选择位于中国北方沙尘源区的沙坡头和奈曼及位于黄土高原的古县进行了一年的大气降尘监测,并对不同季节降尘量、降尘粒度分布和元素组成进行了系统分析。不同站点大气降尘的这些特性的相同点可能反映了中国北方大气降尘的共性,不同点则反映了沙尘源区与沉降区大气降尘的差异。相同点主要表现为:降尘均主要源于地表沙尘释放,且以地方性颗粒物为主;季节分布均为春季最大、夏季次之、秋季最小;冬半年降尘中远源粉尘含量均大于夏半年,且降尘均主要表现为常态存在的非尘暴降尘。差异性主要表现为:奈曼和古县降尘中人为影响较大;古县降尘受远源影响最大,奈曼次之,沙坡头最小;降尘中粗颗粒物含量以沙坡头最高,古县略低于奈曼;粒度特征的季节变化受风力、源区距离、搬运方式和源区物质组成等因素的共同影响,且具有明显的区域差异。此外,降尘粒度大小与风力并不一定呈正相关,因此,利用黄土粒度来指示冬季风强度时必须结合其他代用指标才能做出较正确的判断。     

黑碳和有机碳气溶胶对大气温度影响的数值模拟

黑碳气溶胶和有机碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分,对区域和全球气候有重大影响。利用区域气候模式RegCM3模拟了2000年7月中国黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫,分析了这两种气溶胶对大气温度的影响。结果发现,黑碳气溶胶在模式顶层产生正的辐射强迫,而有机碳气溶胶在模式顶层产生的辐射强迫并非全为正值,在地表两种气溶胶都产生负的辐射强迫。黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫引起的温度反馈表现在:7月这两种气溶胶的加入使得28°—30° N之间的地区的气温显著升高,35°—36.2° N区域气温降低。黑碳气溶胶的升温效应强于有机碳气溶胶。     

察尔汗盐湖雅丹地貌沉积物粒度特征研究

对雅丹地貌沉积物的研究可以判别雅丹地貌沉积物形成的沉积环境。主要采用了粒度分析方法对察尔汗盐湖雅丹地貌的沉积物进行分析研究。结果表明:①形成雅丹地貌的沉积物主要包括粉沙、极细沙、黏土和细沙;②粒度分布曲线主要有呈不对称的双峰分布、近乎对称的双峰分布和单峰分布等4种类型。呈双峰态的分布曲线,主、次峰均位于粉沙粒级和极细沙粒级,区别仅是两个粒级含量的高低;③雅丹地貌沉积物的平均粒径介于3.95～7.18 Φ之间,平均值为5.97 Φ;标准离差变化范围为1.37～2.47,平均值为1.99;偏度的变化范围为-0.27～0.58,平均值为0.10;峰态的值介于0.71～1.28之间,平均值为0.93。运用萨胡判别公式及沉积物粒度组成和粒度分布曲线特征进行判断,可知察尔汗盐湖雅丹地貌沉积物的形成环境主要为湖相、滨湖相和河流、三角洲沉积环境,同时还有浊流沉积和极少的风沙沉积环境,形成环境十分复杂。     

海岸湿沙表面风沙传输特征的风洞实验研究

通过湿沙表面风沙传输的风洞实验,研究了湿润海岸风沙流的垂直结构、输沙率随风速与表层湿度的变化规律。输沙测量使用60 cm高直立式积沙仪,湿度（M）为沙面表层1 mm厚的重量湿度值。结果表明,湿沙表面的输沙量和高度呈指数关系。一般,湿度增大,整体输沙率降低,高湿度床面的沙粒有相对更大的比例被传输到更高的位置。比起低湿度（M＜0.587%）沙粒,高湿度（0.587%＜M＜1.448%）沙粒的垂直运动对湿度变化的影响更加敏感,尤其是在跃移层的底部,当M＞1.448%时,输沙率已经很低,小于0.99 g·cm-1·s-1。伴随湿度0.587%和1.448%的过渡,风沙流垂向分布被分为3个不同坡度的区域,曲线坡度反映了沙粒间不同水分存在形式的影响差异。对于跃移沙粒,高湿度表面（M＞1.448%）仅起到了一个传输平台的作用;当表面变干到某种程度（M=0.587%）之前,表面湿度是跃移运动的主要控制因子,然后风速才重新开始影响输沙。     

风成沙波纹数学模型综述

风成沙波纹是风力作用下地表形成的最基本的地貌类型。近年来,随着计算机技术的迅猛发展,风成沙波纹数值模拟研究越来越引起重视。本文简要介绍了风成沙波纹数学建模的理论基础,并将已有的风成沙波纹数学模型划分为3类,着重介绍了几个经典的风成沙波纹数学模型,详细列举了这些模型的假设条件和数学表达,分析了他们的优缺点。目前,风成沙波纹数学建模的两个基本理论依据为:一个是地表坡度变化导致的蠕移沙通量的变化;另一个是跃移长度随沙床面高度变化的规律,但目前关于此理论的研究并不多。最后,总结和展望了这一领域的研究方向和前景。     

中国北方东部地区春季降尘量及其环境意义

 中国北方东部地区2001—2002年春季降尘量分布特征的研究表明,研究区平均春季降尘量为127.05 t·km^-2,约占全年的一半,且主要集中在3、4月;春季降尘以近源沉积为主,因此降尘量的空间分布主要受局部环境的影响;除中沙外,降尘总量和降尘中其他组分的沉积量随距离均呈现指数递减趋势,且粒度越大的颗粒物,其半衰距离越短;更新世时期黄土高原平均每年流失的黄土至少已达1亿t,现在黄土高原每年实际流失的黄土大约为14.4亿t,如以此侵蚀速度持续下去,黄土高原将在6.6~13.2万a之内被侵蚀完毕。     

基于高速摄影技术的风沙流输沙通量剖面的风洞实验测量

风沙研究者非常重视对输沙通量随高度变化特征的研究,并为寻找可靠的测量手段付出了不懈的努力。基于高速摄影技术获得的沙粒平均水平速度与沙粒数的垂直剖面,推导了较低风速下环境风洞内输沙通量的垂直剖面。结果表明：沙粒平均水平速度随高度呈幂函数增加,颗粒浓度随高度的算数平方根呈指数衰减。由颗粒平均水平速度剖面与浓度剖面的乘积可获得输沙通量剖面。所获得的输沙通量随高度变化曲线在距床面1~3 mm处均有一个明显的拐点,拐点上方输沙通量随高度呈指数衰减。在床面与拐点之间输沙通量没有明显的变化趋势,这可能是由于气流中颗粒间的碰撞以及颗粒与床面碰撞的影响。平均跃移高度和相对衰减系数是描述输沙通量随高度变化的两个重要参数,两者有着很好的相关性,表明了随着风速增加和沙粒粒径减小跃移颗粒可以达到更大的高度,随着风速减小与粒径增大,输沙通量迅速衰减。