沙丘形态及表沙粒度特征对风况和地表植被变化的响应

以毛乌素沙地3种沙丘（新月形沙丘、抛物线形沙丘和反向沙丘）为研究对象,对其形态、表沙粒度特征和区域风况进行了量化分析,探讨了沙丘表沙物理运动过程及其形态对外界条件（风况和地表植被）变化的反馈,揭示了沙丘表沙粒度特征对不同沙丘形态的响应机制。结果表明：新月形沙丘表沙平均粒径由迎风坡底部向顶部逐渐变小,分选呈现逐渐变好趋势, 但粒径较小和分选较差的表沙样出现在沙丘迎风坡中部。随着地表植被覆盖度的增加,新月形沙丘逐渐向抛物线形沙丘转变,近地表输沙能力和沙丘上风向沙源的供应同样受到限制,致使抛物线形沙丘由迎风坡底部向顶部呈现表沙平均粒径变大,而分选逐渐变好的趋势。毛乌素沙地内季节性风况（春季盛行强劲西北风,夏季盛行较弱东南风）的变化不仅促进了反向沙丘的发育,并且重组了西北盛行风影响下的表沙粒度特征。在夏季反向风风蚀的作用下,沙丘落沙坡顶部出现反向堆积和脊线反向移动的现象,同时其顶部呈现平均粒径由小变大、分选逐渐变好的趋势。     

巴丹吉林沙漠湖泊对浅层沙含水量的影响

湖泊与高大沙山共存是巴丹吉林沙漠独特的自然景观,对其形成机制尚未形成共识。已有研究发现沙层含水量偏高的现象可能在高大沙山的形成中发挥了重要作用,但对其水分来源的研究尚不充分。本研究通过对沙漠腹地3个湖盆内气象要素和浅层沙含水量时空分布的对比,结合前人对水同位素和水分运移规律的研究,发现湖泊的存在大大增加了湖盆内空气相对湿度和浅层沙含水量的变化幅度,并影响了浅层沙含水量随高度的分布特征;相关分析表明,控制有湖湖盆浅层沙含水量变化的主导过程是气温升降引起的水分损失与补充,而干湖盆浅层沙水分补给主要来自风的平流输送。尽管沙丘分层含水量的长期定量观测仍有待开展,但现有证据表明巴丹吉林沙漠高大沙山沙层含水量偏高的现象很可能是湖泊蒸发的水汽以土壤吸附水汽或凝结水等形式逐渐运移至沙层内而形成,是湖泊-沙山体系长期共存、形成局地水汽平衡的结果。这为沙层水分来源研究提供了新的视角,也对沙漠腹地水资源开发利用有一定的参考意义。     

毛乌素沙地西北部植被覆盖对沙丘移动的影响

毛乌素沙地生态环境脆弱,近年来沙漠化虽整体呈逆转状态,但西北部仍存在沙丘活化现象,风沙活动强烈,对下风向植被恢复和农牧生产造成了一定影响。利用Google Earth卫星影像对2002—2015年毛乌素沙地西北部裸露沙丘和植被覆盖沙丘进行监测,分析了植被覆盖与沙丘移动之间的内在联系。结果表明:(1)毛乌素沙地西北部存在较严重的风沙活动,沙丘移动速度为0.38～6.05 m·a~(-1),其中植被覆盖沙丘平均移动速度为2.29 m·a~(-1),裸露沙丘平均移动速度为4.59 m·a~(-1),沙丘平均移动方向为122.5°,与当地合成输沙方向基本一致。(2)沙丘移动速度与高度呈负相关,但相关系数比前人报告的低,这与沙丘表面覆盖植被的时空变化密切相关。(3)植被覆盖对沙丘形态变化具有明显的影响,盖度增加使沙丘形态趋于饼状,从而逐渐被固定。(4)风况、地表盐渍化和公路两旁的固沙措施等也影响了沙丘的移动速度。     

科尔沁草原南部不同类型沙丘水分研究

沙丘在不受地下水影响的情况下.沙层水分的补给取决于降水;降水对沙层湿润的深度与一次性降水的多少成比例关系.在流动沙丘发展成为固定沙丘的过程中,由于植物的生长,水分条件逐渐变坏。160厘米厚沙层4-7月的月平均有效水分,流动沙丘为102.46毫米,半固定沙丘为51.79毫米,固定沙丘为41.09毫米.沙丘固定后地表形成结皮,在降雨强度大的情况下,固定沙丘地表形成径流,汇集于丘间,使丘间含水量高于固定沙丘。依固定沙丘和丘间在水分条件上的差异,地貌条件上的不同,在利用沙地时充分利用固定冷丘丘间的有利方面,适当开垦是可行的.     

青藏高原沙区地温研究

青藏高原沙区测温结果表明:沙丘下和厚沙层覆盖地段下的地温较邻近天然无沙地表有所升高,而薄沙层覆盖地段下的地温反而比天然无沙地表有降低的趋势。     

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。     

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。     

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。     

青藏高原沙漠化与冻土相互作用的研究

利用青藏高原地表热量平衡和长期地温观测的资料探讨高原沙漠化与冻土的相互作用,发现沙丘下或厚沙层覆盖地段下的地温较邻近天然无沙地表有所升高,而薄沙层覆盖地段下的地温反而比天然无沙地表有降低的趋势。分析造成高原冻土区沙漠化的因素有些与其它沙漠化区相似,但有些因素与高原冻土有关并具有特殊性。高原冻土层与土地沙漠化二者之间相辅相成、相互制约、相互作用、协调演化,构成了目前高原冻土区生态平衡系统。     

塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘形态的空间变化特征及其成因

垄间地是塔克拉玛干沙漠中的一种典型下垫面,发育有众多尺度小、形态简单的沙丘,而这些沙丘的分布及其形态的空间变化和成因,至今研究较少。基于Google Earth影像和实地观测,研究了塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘在主导风向上的分布格局和形态特征,并分析了其成因。结果表明:(1)垄间地分布有沙片、新月形沙丘、新月形沙丘链和线性沙丘,但新月形沙丘分布最广泛、数量最多,沙丘数量次之,在整个垄间地都有分布,新月形沙丘链集中分布在沙垄背风坡脚,而线性沙丘则主要分布在沙垄迎风坡脚;(2)垄间地上覆沙丘具有明显的空间分布格局,沿主风向,沙丘密度和覆盖度呈上风向下风向中部,而新月形沙丘的长度、宽度、底面积、两翼开展度等形态示量参数,从沙垄落沙坡脚到垄间地中部偏迎风坡各参数呈现不同程度下降,沙丘呈逆向演变,随着靠近沙垄迎风坡脚各参数逐渐增大,沙丘又转为正向发育;(3)沙丘的空间分布和形态差异源于地表风动力和沙源供给的空间分异。沙垄背风坡脚风动力相对较弱,沙源丰富,沙丘密度高,新月形沙丘形态发育成熟度高;沙垄背风坡脚到垄间地近迎风坡脚,气流摆脱沙垄风影影响,风速逐渐增大,地表粗沙覆盖,沙源供给相对减少,沙丘物质收支失衡,形态趋于逆向演变;从垄间到沙垄迎风坡脚,受沙垄阻挡,风速降低,地表沙物质相对较细,地表沙源供给相对较充足,沙丘物质收支状况改善,沙丘形态有所恢复。     

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。     

毛乌素沙地沙产业发展条件

沙产业对沙漠的生态环境改善和社会经济发展具有巨大的贡献,在当前全球气候变化的背景下更是迎来新的契机。结合数理统计以及SWOT分析等研究方法综合分析和评价毛乌素沙地气候变化、生态环境变化以及内外资源条件。结果表明：（1）在气候变暖的背景下,毛乌素沙地降水有所增加,风速逐渐减小,植被覆盖率不断提高,气候条件和生态环境条件逐渐改善。（2）毛乌素沙地土地、光热、水、旅游及政策等资源条件具有明显的优势。毛乌素沙地逐渐改善的自然环境以及优势资源可为沙产业的发展提供动力和保障。     

毛乌素沙地历史时期沙漠化——基于北大池湖泊周边沉积剖面粒度的研究

通过深入分析毛乌素沙地内北大池古城东侧一处包含人类活动层的沉积剖面的粒度参数,结合14C、OSL（光释光）测年和历史文献记载,本研究重建了北大池周边历史时期以来的环境及人类活动过程。结果显示:北大池湖泊在历史时期处于断续退缩过程之中,剖面北侧的河流水量一直减少。剖面中粗颗粒含量的变化与湖泊退缩和河流水量减少存在较好的相关性,剖面点周边地表沙丘出现的大致时间为明末,该结论与众多测年结果相符。该研究对理解毛乌素沙地环境变化的空间尺度具有较好的启示意义,同时在揭示沙漠化的内部环境变化过程中具有重要作用。     

毛乌素沙地风沙环境变化研究的理论和新认识

作为地球环境系统的重要组成部分,沙漠和沙地对气候变化响应敏感。沙漠沙地的环境变化关系到区域的可持续发展,并且通过一系列反馈作用,会影响区域与全球的气候环境。位于中国北方中部的毛乌素沙地是全球中纬度地区的典型沙地,其环境变化与全球其他沙漠沙地具有相似性和同步性。中国学者对毛乌素沙地风沙环境变化的研究开展较早,在国内外有重要的影响。本文系统梳理了该方面的相关研究,围绕“风沙环境变化的过程与机制”这一核心问题,总结学术界在毛乌素沙地晚新生代形成发展、晚第四纪扩张与多旋回变化、全新世中期固定以及晚全新世沙丘再活化等方面取得的重要进展,尤其是获取了毛乌素沙地不同阶段风沙环境变化的关键证据,并据此提出“构造—轨道尺度上沙地形成与变化的全球温度变化驱动”“千年—百年尺度沙丘系统的非线性响应”等新的理论认识。未来应继续加强沉积证据的积累、新测试手段的拓展应用、基于过程分析的精细重建、数值模拟与预测等研究,着力探究风沙环境变化的动力学机制、人与干旱区环境复杂系统的耦合关系以及各圈层的互馈作用,这对于自然地理学学科传承、交叉学科的融合发展以及地球系统科学的理论构建都具有深远意义。     

瓦窑沟剖面记录的早中全新世毛乌素沙地东南缘气候变化

毛乌素沙地位于中国东亚季风边缘区,对气候变化响应敏感。区域内分布着大量河湖相沉积地层,忠实记录了全新世以来气候变化状况。选取毛乌素沙地东南缘河湖相沉积地层为主的瓦窑沟剖面（WYG）,在光释光（OSL）和¹⁴C（AMS ¹⁴C）测年基础上,对粒度、色度和有机质环境代用指标进行分析,反演得出毛乌素沙地早中全新世气候经历了3个阶段：约9.8 ka BP前气候干冷,广泛沉积沙层;9.8—9.6 ka BP气候逐渐回暖,为气候干冷转为暖湿的过渡期;9.6—5.2 ka BP气候相对暖湿,发育砂质泥炭层。推测计算得出,剖面地层沉积速率沙层>过渡层>砂质泥炭层,且各地层均存在次一级旋回,曲线旋回周期砂质泥炭层（480 a）>沙层（150 a）>过渡层（130 a）,指示砂质泥炭层沉积速率最慢、形成时期气候相对稳定。研究结果与东亚季风区域古气候记录具有很好的可比性,是对东亚冬夏季风强度变化的全球性响应。     

毛乌素沙地水体面积变化及驱动因子北大核心CSCD

干旱半干旱地区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中转换较快,地表水地下水转换时间短,水体面积变化对干旱半干旱地区浅层地下水具有重要的指示作用。利用Google Earth Engine平台处理1990—2018年共29期Landsat遥感影像,获取毛乌素沙地长时间序列下地表水体变化特征。结果表明:毛乌素沙地水体面积具有很强的季节性特征,年内两次峰值分别出现在4月和8月,比上月面积分别增加44.867 km^(2)(28.60%)和55.477 km^(2)(34.39%)。1990—2018年地表水体面积波动较大,研究区内水体面积从379.771 km^(2)缩减到275.492 km^(2),共缩减了104.278 km^(2)(27.46%)。研究区水体面积变化主要受降水、植被覆盖和人类活动的影响,29 a内降水量和水体面积相关系数为0.57(P<0.05),而1991—2008和2009—2017年二者相关系数分别为0.59和0.77(P<0.05);29 a内植被覆盖和水体面积整体呈负相关,但相关性不显著,其中1990、1997、1998、2003—2007、2009、2011—2015年16 a内相关系数为0.57(P<0.05),表明毛乌素沙地人类活动影响较大。为了治理沙地,应该减少人类活动。     

毛乌素沙地现代沙丘沙的粒度特征及其意义

对毛乌素沙地不同类型41个现代沙丘的沙粒度分析结果表明,流动沙丘沙主要由细沙和中沙组成,平均粒径为2.17 Φ;固定-半固定沙丘沙的主要粒级是细沙和极细沙,平均粒径为3.09 Φ。流动沙丘沙平均粒径整体自西北到东南减小,而分选性总体表现为中等-较好,无明显空间变化规律。概率累计曲线和粒度特征参数散点图表明,毛乌素沙地沙丘沙以跃移搬运方式为主,存在着就地起沙和就地堆积的可能。平均粒径和分选性空间变化规律的差异,是在频繁强烈的风沙活动环境下物源和大气环流共同作用的结果。     

积沙影响下伏冻土的水热耦合模型研究

青藏高原地区冻土正呈退化趋势,除气候变化、人为活动的影响外,沙漠化也被认为是冻土退化的原因之一,但仍存在较大争议。基于不饱和土渗流和热传导理论,结合CoLM和Coup-Model模型,初步构建了积沙-冻土-水热概念模型和耦合模型。并在两模型的基础上,讨论了沙层反射率、积沙体热容量、积沙体厚度和沙的传热率等参数对下伏冻土的热影响过程。结果表明,沙层的反射率、地面发射率均高于天然地表,沙层接受的热量较天然地表偏少;积沙地表下的沙层和活动层能截留更多热量,使冻结层获得的热量相对减少;沙的导热性较差,导致积沙地表下地温变化出现延迟,从而延缓冻土退化;同时,积沙无论厚薄,都将起到延缓冻土退化的作用。因而,沙漠化对青藏高原冻土退化的影响可能较小,但全面揭示沙漠化对冻土的影响仍需深入研究。     

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。