塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的逆向演变

通过对塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特征、移动特征进行测量,计算出沙丘移动输沙变化,证实该区存在新月形沙丘逆向演变。逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度。高度不饱和风沙流形成于沙垄背风坡底到垄间地中部的加速过程和粗沙地表的作用,从沙垄底部到垄间地中部的粒度变化,风沙流垂直结构都有所反映。新月形沙丘为沙垄背风坡上覆沙丘脱离沙垄而成,高度在2m左右,该区次风向使新月形沙丘宽度减小以及粗沙地表在强弱风交替作用下增加沙丘移动过程中沙丘沙的滞留量都有利于沙丘逆向演变。     

新月形沙丘与线性沙丘共存区域风况特征

与火星类似,柴达木盆地的新月形沙丘和线性沙丘共存现象引起了众多学者的关注。为探究该现象的发育环境和形成条件,以全球典型新月形沙丘和线性沙丘共存区域为研究对象,选取研究区域附近气象站点3a风速、风向数据,分析这些典型区的风况特征。结果表明:不同的新月形沙丘与线性沙丘共存区域,风速存在明显差异,柴达木盆地和塔克拉玛干沙漠共存区域年平均风速和最大风速均小于沙特阿拉伯沙漠和撒哈拉沙漠;起沙风风向控制沙丘走向,多数共存区域全年起沙风风向较单一,部分区域存在明显的主次风,且主次风风向夹角为锐角;新月形沙丘和线性沙丘可共存于在高、中、低风能环境,中、低风向变率锐双峰或宽单峰风况,沙丘发育受风能环境影响较小,可能受风向变率、下垫面和沙源供应影响大;合成输沙势方向与沙丘走向一致且季节变化小,输沙方向稳定。部分气象站点距离研究区较远,对于研究区的风况指示意义有限。     

1957-2014年库布齐沙漠地面风场特征

风对沙漠化过程具有重要影响,起沙风是塑造沙漠地貌格局的主要动力。根据1957-2014年库布齐沙漠周边4个基准气象站的地面风资料,从风速、风向和输沙势等方面分析库布齐沙漠的地面风场特征。结果显示：（1）库布齐沙漠的起沙风频率与平均风速有很高的相关性;（2）年平均风速为2.7 m·s^-1,全年盛行风向为WNW-NW,为中等变率锐双峰风况,合成输沙风向约为310°。4月风速最大,为中等变率环境;8月风速较小,为高变率环境;1月风速最小,为低变率环境。3-6月风速最大,风向集中度一般;11月至翌年2月风速较大,风向集中度高;7-10月风速最小,风向集中度差;（3）20世纪80年代中后期和2007年前后风速、起沙风频率和输沙势发生了较大变化,尤其是2007年前后由减小向增大发展;（4）大气环流和地表粗糙度的改变是库布齐沙漠地面风场变化的重要原因。     

库姆塔格沙漠羽毛状沙垄形成机理研究

库姆塔格沙漠像一把扇子覆盖在了阿尔金山山前的倾斜平原上,沙丘类型复杂,而尤以羽毛状沙垄最为独特成为我国独有的沙丘形态。有关羽毛状沙垄形成发育机理研究,近几十年来进展甚微。通过野外观测、高精度航片解译和风洞模拟实验研究,结果表明：羽毛状沙垄形成条件是：①具有广大平坦倾斜的地面。②地表沙物质不甚丰富。③两组相近风向是其形成动力条件。④舌状沙丘是在新月形沙垄形成之后的次一级沙丘形态。二者组合成羽毛状沙垄。羽毛状沙垄形成过程可以归纳为下列图式：新月形沙丘→新月形沙垄→舌状沙丘→羽毛状沙垄。     

阿尔金山国家级自然保护区东北部风况及输沙势特征北大核心CSCD

利用阿尔金山国家级自然保护区依协克帕提保护站实测的2017—2021年风速、风向数据,对阿尔金山国家级自然保护区东北部风况与输沙势进行了分析。结果表明:(1)阿尔金山国家级自然保护区东北部近5年年均风速和年均起沙风速起伏变化不大,年均风速为3.10 m·s^(-1),年均起沙风速为7.67 m·s^(-1),年均起沙风频率为8.57%,春夏季起沙风频率高于秋冬季。(2)起沙风风向的季节变化差异大,冬春季主导风向为W、SW和WSW,夏季风向以NE和E为主。(3)年输沙势(DP)均值为580.23 VU,属高风能环境(>400 VU);年合成输沙势(RDP)均值为266.69 VU,合成输沙方向(RDD)季节性差异大,年输沙势的方向变率指数(RDP/DP)均值为0.36,属中等方向变率的锐双峰风况。(4)全年输沙势季节差异较大,春季输沙势最大,夏季和冬季次之,秋季最小。冬春夏季输沙势的方向变率指数分别为0.90、0.41和0.20,分别属于低变率、中变率和高变率。     

青海共和盆地风况及风沙地貌

利用共和盆地茶卡、共和、贵南站2012-2015年的风资料,分析盆地风向、风速和输沙势的变化特征,并结合Google Earth高清影像,对盆地风能环境与风沙地貌进行探讨。结果表明：（1）盆地年平均风速1.6～2.7 m·s^-1,西北部、中部和东南部年起沙风出现的频率分别为7.7%、3.5%、0.9%,起沙风主要发生在冬、春季,风向以WNW和W为主。（2）盆地属于低风能环境,风沙活动自西北部向东南部减弱,方向变率指数0.7～0.96,风况为窄单峰或宽单峰风况,西北部和中部风向变率属于低变率,东南部属于中等变率,合成输沙方向较一致,为281.0°～286.7°。（3）盆地沙丘类型有新月形沙丘（链）、格状沙丘、复合型链状沙丘、沙山、沙垄、抛物线沙丘等,沙丘类型和风况较吻合。     

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。     

柴达木盆地风沙地貌区风况特征

利用自动气象观测仪所记录的1年风速数据,计算并分析了柴达木盆地风速、风向及输沙势等风况特征的时空变化。结果表明:该区风速最大值出现在春季,最小值出现在冬季,季节变化明显,且在空间上表现为自西北向东南递增的趋势;起沙风风向以NW、WNW为主,主风向和次风向的组合在空间分布上存在明显不同,风况与沙丘类型比较吻合;常年以稳定的西北气流为主,东南气流所占比重小,仅出现在夏季;柴达木盆地整体属于中风能环境,一年中风沙活动最强烈的季节为春季,风沙活动强度由西北向东南逐渐增强。     

绿洲—沙漠过渡带风况资料统计中的若干问题研究——以策勒绿洲为例

时距和距地面高度一直是风况资料统计中的普遍问题,不同时距和不同高度的风况资料反映真实情况的准确度不同。利用中国科学院策勒荒漠草地生态系统国家野外观测研究站自动气象站及野外地面梯度风实际观测资料,对策勒绿洲-沙漠过渡带10 m高不同时距风速、10 min时距不同高度风速、平均风向及起沙风频率四个方面的问题进行分析。结果表明:不同时距的平均风速之间、最大风速之间、平均风速与最大风速之间均有比较稳定的关系,不随时间发生较大变化;不同高度的风速关系存在随距离接近拟合程度越好的总体规律,但在60 cm处有一定的偏离,主要与地表植被的平均高度有关;利用矢量合成法计算10 min风向,发现2 m高风向比10 m高风向沿逆时针方向偏转约45°;以气象站整时风资料与地面2 m高观测1 min风资料分别统计起沙风频率,发现在系统性天气中二者变化趋势一致,但在偶发性起沙风天气中会有较大差异。     

吉兰泰盐湖防护体系阻沙效应及输沙粒度特征

风沙危害是制约荒漠盐碱湖区资源开采的重要因素,研究盐湖防护体系风沙运移规律及其颗粒运动方式对实现盐湖资源可持续开采具有重要意义。以吉兰泰盐湖防护体系为研究对象,通过野外定位监测结合室内分析的方法,逐月对防护体系不同部位输沙通量进行观测,探究吉兰泰盐湖防护体系沙粒运动方式及各月输沙通量变化规律,以期为吉兰泰盐湖防护体系效果评估提供数据支撑。结果表明：（1）从流动沙垄至盐湖湖心风速表现为先减小后增加的趋势,除白刺灌丛外,其余样地风速基本不受风向影响。（2）除防护林带外,季节变化对防护体系50 cm高度以上输沙通量影响较大。（3）防护体系各样地0—40 cm高度的输沙通量占总输沙通量的53.43%—96.63%,区域内沙粒运动方式以跃移为主。（4）从流动沙垄至盐湖湖心,沙物质粒径分布曲线整体呈双峰型,且沙物质颗粒粒径表现为先增大,至盐碱滩地时达到最大,后略减小的趋势。吉兰泰盐湖防护体系50 cm高度以上输沙通量受季节影响较大,但整体仍可拦截95.79%—99.93%的沙粒,从而有效避免盐湖湖面积沙。     

海岸横向沙脊表面风沙流结构粒度响应的野外观测研究

 风沙流中沙粒粒度组成的垂向变化及不同粒径沙粒的垂向分布特征等是风沙流结构粒度响应的基本研究内容,但一直较缺少野外观测实证证据。在我国海岸沙丘集中分布的河北昌黎黄金海岸,选择规模高大、形态典型的横向沙脊,采用野外梯度风速仪和平口式积沙仪对其顶部风沙流结构的粒度响应进行了野外实地观测。结果表明,海岸沙丘表面风力的分选作用明显,与横向沙脊表面相比风沙流所含沙物质中细沙组分比例增多、粗沙组分比例降低;粒度构成的垂向变化是,在风沙流0—10 cm、10—40 cm和40—60 cm三个高程段内,分别是以中沙为主、中沙与细沙并重和以中沙为主,其中中沙含量在三个高程段内分别呈现出自地表向上逐渐降低、含量比较稳定、向上逐渐升高的垂向变化,细沙则呈现相应的反向变化,随之平均粒径也呈现为自下而上逐步变细、比较稳定到逐渐变粗的变化,但分选系数、偏度和峰态无明显差异;横向沙脊顶部的风沙流结构整体符合指数分布,但不同粒径沙粒的垂向分布特征并不相同,其中粗沙为幂函数分布,细沙遵循指数函数递减,中沙的指数函数和幂函数拟合均有较高相关系数,但在0—40 cm高度内更符合指数函数分布。     

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。     

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。     

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。     

不同防沙措施的风沙流及其携沙粒度垂直分异特征

为揭示不同防沙措施影响下风沙流结构及其携沙粒度变化规律,采用木质和尼龙网2种材料制作方格沙障、单行沙障、双行沙障与挡沙墙4种防沙措施模型,利用风洞实验对防沙措施前后风沙流结构进行测定,并结合Mastersizer3000激光粒度分布仪对沙样进行粒度组成分析。结果表明：（1） 不同防沙措施迎风侧风沙流垂直分布与未设置防沙措施时基本相似,输沙量随高度的增加而减小,88%以上的输沙量集中在0~10 cm高度层;而背风侧输沙量随高度表现为先增大后减小的变化规律,且随着沙障规格的减小、高度的增加、行间距的变窄、孔隙度的降低输沙量集中范围逐渐向上偏移,输沙量峰值出现的位置由高度较低的透风型方格沙障（7 cm）上移至高度较高的不透风型挡沙墙（26 cm）,且近地表0~10 cm高度层积沙量越少。（2） 受不同防沙措施影响,不同高度层沙粒粒度特征差异显著,整体表现出随着高度的增加沙粒的平均粒径逐渐减小的变化规律,细沙和中沙主要分布在近地表5~25 cm层,而近地表0~5 cm层则分布有细沙、中沙和粗沙,峰值出现在0.300 mm附近,平均含量约为12.09%;粒度参数变化受防沙措施规格变化影响较小,更多表现在高度层的差异,不同防沙措施各高度层沙粒分选性较好、极正偏,峰度随防沙措施参数的密集化由宽平向中等、尖窄变化,由方格沙障（0.990）、单行沙障（0.990）、双行沙障（0.996）向挡沙墙（1.086）变化,且上述变化规律随指示风速的增大逐渐增强。     

海岸风沙流中不同粒径组沙粒的垂向分布模式

通过对河北昌黎黄金海岸沙丘风沙流的野外实地观测与室内风洞模拟实验数据的数值模拟,探讨了我国典型海岸沙丘风沙流中不同粒径组沙粒输沙量的垂向分布模式。结果表明,河北昌黎黄金海岸沙丘表面风沙流中不同粒径组沙粒输沙量的垂向分布特征并不一致,其中细沙和中沙符合典型的指数递减分布规律,但粗沙则为负幂函数分布。究其原因,主要与不同粒径组沙粒输沙量的分布高度及运动方式差异有关。在实际非均匀沙床面上,粗沙主要集中分布于沙丘表面4cm高度内湍流发育的近地表层,运动方式以蠕移为主,沙丘表面湍流的主导作用使其输沙量随高度的变化满足负幂律关系,但中沙和细沙则以跃移运动为主,跃移沙粒输沙量的垂向分布呈现指数递减特征。     

海岸横向沙脊表面风沙流结构的野外观测研究

选择中国规模最大、形态最为典型的河北昌黎黄金海岸的横向沙脊,采用野外梯度风速仪和平口式积沙仪对其顶部的风沙流结构进行了观测.观测结果表明,海岸横向沙脊表面的风沙流结构特征基本表现为0～40 cm高程内气流搬运的沙尘物质浓度或质量随高度递减并符合指数分布,20～60 cm高程内符合幂函数分布,40～60 cm高程内输沙量与高度之间则为多项式函数关系.同时,海岸横向沙脊表面的风沙流结构受风速与总输沙量的影响较大,随风速增大或总输沙量的增加,风沙流下层输沙量相对减少、上层则相应增加.     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。