降水在沙丘中的运动特征研究——以甘肃民勤沙区为例

自然降水和辅助人工模拟降水试验表明在民勤沙区,降水在沙丘上的下渗深度主要受沙面状况的影响。沙丘表层土壤田间持水量大小影响降水下渗,表层粉粒和粘粒含量影响田间持水量,降水量的大小与水分下渗深度的相关性并不显著;降水强度在29.8mm·d^-1以内时,固定沙丘上的最大含水层为10~15cm,降水的下渗速率只有10~15cm·d^-1;在半固定沙丘上,28.2mm·d^-1以内的降水的最大含水层为30~35cm,降水的下渗速率只有15.0~17.5cm·d^-1;在流动沙丘上,21.7mm·d^-1以内的降水强度的最大含水层为130~135cm,降水的下渗速率可达32.5~33.8cm·d^-1;在固定沙丘和流动沙丘上,8mm·d^-1以内的降水很快蒸发损失,而在半固定沙丘上能保存较长时间;与固定和半固定沙丘相比,流动沙丘表面水分(即7~8mm以内的降水)最易在短期内蒸发损耗。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

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。     

毛乌素沙地风沙土粒径分布特征及其影响因素

为揭示毛乌素沙地风沙土粒径分布特征,推测其影响因素,以毛乌素沙地流动、半固定和固定沙丘风沙土为研究对象,利用激光衍射技术分析其粒度组成,并计算粒度参数,解析粒配曲线,研究结果表明：（1） 毛乌素沙地风沙土优势粒径组为细砂,其平均体积含量约为29.89%～32.46%,不同类型沙丘无显著差异（P>0.05）;少数粒径组分为粗砂、黏粒和极粗砂,其中流动沙丘与半固定、固定沙丘黏粒与粗砂含量均无显著差异（P>0.05）,从半固定到固定沙丘,黏粒含量显著增加（P<0.05）,粗砂含量显著减小（P<0.05）,从流动沙丘到固定沙丘,极粗砂含量显著减小（P<0.05）。（2） 毛乌素沙地风沙土平均粒径为3.35 Φ,粒度分布集中,分选性较差,偏度状况为正偏,尖窄峰态。在沙丘固定的过程中,平均粒径与标准偏差无显著变化（P>0.05）,峰态显著变宽平（P<0.05）,半固定沙丘偏态值与其他2种沙丘相比显著偏负（P<0.05）。（3） 流动、半固定与固定沙丘跃移组分的粒径区间分别为44～435 μm、63～500 μm和31～354 μm,风沙运动在半固定沙丘中最为强烈。毛乌素沙地风沙土优势粒径组分含量主要受物源影响,少数粒径组分含量主要受沙丘流动性影响,风沙运动强度随沙丘的固定呈先增大后减小的规律。     

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。     

人工固沙区土壤碳分布及其与土壤属性的关系

选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代建立的人工固沙林（1964、1981、1990年）及临近的流动沙丘,对0~3.0 m剖面上的土壤进行取样和分析,以探讨固沙植被的建立和发展对土壤碳（有机碳和无机碳）分布的影响及其与土壤属性的关系。结果表明：在流动沙丘建立人工固沙植被近50年后,表层（0~0.1 m）土壤有机碳和无机碳含量均明显增加,土壤有机碳含量为1.95 g·kg^-1,是流动沙丘的6.67倍,无机碳含量为4.19 g·kg^-1,是流动沙丘的1.46倍。将土壤剖面划分为3层后（0~0.4,0.4~1.0、1.0~3.0 m）分析显示,从流动沙丘到1964年固沙区,土壤有机碳密度显著增加（0.18 kg·m^-2到0.52 kg·m^-2）,且浅层（0~0.4 m）的增加快于深层（1.0~3.0 m）;同时,浅层有机碳密度在整个剖面中所占比例显著增加（14.3%到30.4%）,而深层减少（64.8%到51.6%）。浅层和深层无机碳密度均有增加趋势,但差异不显著。冗余分析显示,土壤细颗粒含量、水分有效性、总氮含量、总磷含量、pH值和电导率与土壤碳密度关系密切,解释了土壤碳密度86.2%的变异。土壤有机碳密度与土壤细颗粒、总氮总磷含量及水分有效性、电导率极显著正相关（P<0.001）;土壤无机碳密度与土壤细颗粒、总磷含量及水分有效性、总氮含量显著正相关（P<0.05）。在1.0~3.0 m和0~3.0 m剖面上,土壤有机碳密度与土壤水分含量分别存在显著和极显著的负相关关系（P<0.05和P<0.01）。     

柴达木盆地灌丛沙丘稀土元素地球化学特征与物源

分析了柴达木盆地灌丛沙丘剖面风沙沉积物中稀土元素及其相关特征参数、分布模式和（La/Yb）_N-REE（稀土元素）物源特征。结果表明：灌丛沙丘剖面风沙沉积物中REE值100.52~163.47 μg·g^-1,接近于新疆灰钙土,而略低于中国黄土;LREE（轻稀土元素）值87.80~144.65 μg·g^-1,占总量86.62%~90.53%,决定了稀土总量的变化。总体表现为LREE相对富集,而HREE（重稀土元素）丰度相对较低,分馏特征基本相似,呈斜"L"型缓右倾斜,Eu大致呈现中度负异常的分配模式,而Ce未表现出明显异常,且更多地反映了其物源特性。其物源主要由东昆仑北麓冲积扇碎屑沉积物质经过风化、搬运、沉积而成,而并非来自于干旱期的湖底剥蚀物。总体而言,灌丛沙丘沉积过程稀土元素分异特征反映了灌丛沙丘发育时期柴达木盆地总体处于干燥的气候环境,化学风化作用弱,植被发育相对较差,成壤作用不明显。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。     

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。     

响水河中游右岸沙丘群粒度分布特征

在野外实地考察和测量的基础上,沿盛行风向,对西辽河平原西部响水河中游右岸普遍发育的新月形沙丘链进行样品采集。经室内激光粒度仪测定,研究了河岸沙丘粒度分布规律。结果表明：（1）响水河右岸沙丘及丘间地以中沙为主,而河谷谷底细沙含量最多,平沙地次之。（2）滨岸沙丘由迎风坡脚到丘顶平均粒径变小,远岸沙丘由迎风坡脚到丘顶平均粒径变大;多数沙丘分选性由两侧坡脚到丘顶变好;多数沙丘丘顶偏度值和峰态值大于两侧坡脚。（3）滨岸沙丘受风、水两相作用,能从较深地层获得沙源;其下风向沙丘主要受风力作用,沙源主要为丘间地沙及上风向风沙流携带的较细沙。     

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底\,迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例,采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置,测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明:生长季(5-10月)流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm,分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%;迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59mm,分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中(P<0.01)和坡顶(P<0.05)的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关;背风坡坡中(P<0.01)和背风坡坡底(P<0.05)的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。     

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...     

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。     

Vertical distribution of soil moisture and surface sandy soil wind erosion for different types of sand dune on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land, China

Soil moisture is a critical state affecting a variety of land surface and subsurface processes. We report investigation results of the factors controlling vertical variation of soil moisture and sand transport rate of three types of dunes on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land. Samples were taken from holes drilled to a depth of 4 m at different topographic sites on the dunes, and were analyzed for soil moisture, grain-size distribution and surface sediment discharge. The results show that: (1) The average soil moisture varies in different types of dunes, with the following sequences ordered from highest to lowest: in the shrubs-covered dunes and the trees-covered dunes the sequence is from inter-dunes lowland to windward slope to leeward slope. The average moisture in the bare-migratory sand dunes is sequenced from inter-dunes lowland to leeward slope to windward slope. (2) Vegetation form and surface coverage affect the range of soil moisture of different types of dunes in the same topographic position. The coefficient of variation of soil moisture for shrubs-covered dunes is higher than that of other types of dune. (3) The effect of shrubs on dune soil moisture is explained in terms of the greater ability of shrubs to trap fine-grained atmospheric dust and hold moisture. (4) The estimated sand transport rates over sand dunes with sparse shrubs are less than those over bare-migratory dunes or sand dunes with sparse trees, indicating that shrubs are more effective in inhibiting wind erosion in the sandy land area.     

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...     

古尔班通古特沙漠西南缘新月形沙丘内部沉积构造特征研究

沙丘内部沉积构造保存了沙丘动力演变过程的重要信息。以古尔班通古特沙漠西南缘固定、半固定新月形沙丘区为研究区域,利用探地雷达在春、秋两季对固定、半固定新月形沙丘内部构造进行探测,获取了不同规模形态的固定、半固定新月形沙丘深约8 m的内部构造图像信息。通过图像增益处理、解译和对比分析表明：（1） 古尔班通古特沙漠固定、半固定新月形沙丘共有5种沙丘内部构造雷达相,即高倾角斜层理、楔状交错层理、上凸形交错层理、低倾角-近水平层理和块状层理,其中前4种主要分布在3~5 m的浅层,而块状层理主要分布在4~5 m以下的深度。（2） 高倾角斜层理、楔状交错层理主要分布在高大新月形沙丘（链）的迎风坡上部和丘顶地带,前者为背风坡前积层埋藏而成,反映高大新月形沙丘迎风坡上部和丘顶风沙活动较频繁,沙丘“固身缩顶”后埋藏的前积纹层因风蚀而出露,后者为迎风坡风蚀坑和风蚀槽中由风沙流充填而成的构造或在丘顶风向的季节性变化形成的构造。（3） 与灌丛沙丘相关的上凸形交错层理广泛分布在新月形沙丘的迎风坡中下部,在背风坡也有局部出现,表明灌丛沙丘在沙丘表层的风沙过程中占有重要地位;而深部的块状层理可能是早期风积层受到强烈的生物扰动,原生层理消失而产生。（4） 以上沙丘内部构造的类型与组合分布特点,反映了研究区新月形沙丘总体上趋于稳定或衰退状态,这与现代沙丘“固身缩顶”的地貌变化特征相一致。例如,迎风坡中上部和丘顶常见风蚀槽,背风坡因坡度变缓、前积层发育趋缓,现代风沙活动主要集中于新月形沙丘的上部和丘顶等。由此可见,研究区固定、半固定新月形沙丘内部构造及其组合分布特征异于流动新月形沙丘,也与半个多世纪以来北疆沙漠气候变暖变湿、平均风速减弱、植被盖度增加的区域自然地理环境变化趋势有一定的吻合性。     

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。     

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。     

额济纳旗典型地表沙尘释放潜力及沙尘天气频发成因

额济纳旗位于极端干旱的内陆河下游,绿洲退化严重,沙尘天气频发,已成为内蒙古西部主要沙尘源区。为揭示该区域沙尘频繁成因,对区域4种典型地表(富沙砾戈壁、富沙戈壁、绿洲退化地、绿洲)沉积物组分、风蚀强度、沙尘释放强度、多年平均月沙尘日数及大风日数等进行了综合分析。结果表明:以风沙活动为主要特征的绿洲退化地,粉沙黏土组分含量高,PM10沙尘释放强度大(0.2796 kg·d^-1·m^-2),为研究区强沙尘释放地表;富沙及富沙砾戈壁地表,风蚀强度大,但粉沙黏土组分含量低,PM10沙尘释放强度较大(0.1267kg·d^-1·m^-2,0.0672 kg·d^-1·m^-2);尽管绿洲地表粉沙黏土组分含量高,但由于植被、水分等因素的制约,其PM10沙尘释放强度最小(0.0240 kg·d^-1·m^-2)。额济纳旗绿洲被大面积强沙尘释放源(绿洲退化地和戈壁)包围,局地沙尘内循环过程中粉尘颗粒的富积,为当地高频沙尘天气提供了丰富的尘源,这是额济纳旗沙尘天气频发的主要原因。