海岸风沙地貌台风响应研究的现状与趋势

基于台风对海岸风沙地貌影响研究发展的简要回顾,概括了国外近期在海岸沙丘风暴响应的差异性及其机理、风暴响应沉积特征以及新技术应用等方面的主要进展,认为国内适时开展台风对海岸风沙地貌形态与沉积特征影响研究十分必要,建议以华南为研究区域,通过对台风前后不同类型海岸沙丘形态变化的高精度测量、非台风季风沙运动过程的定位观测以及沙丘沉积物的系统采样分析等,研究华南海岸风沙地貌形态和沉积变化与台风间的相互联系,探究台风对华南海岸风沙地貌的作用规律,建立华南海岸风沙地貌的台风响应模式。     

近40年中国海岸风沙地貌研究回顾

基于20世纪80年代后中国海岸风沙地貌研究的主要发展,总结了包括海岸风沙地貌类型、发育模式、风沙运动、沉积特征、发育演变及海岸风沙防治等中国海岸风沙地貌研究的主要进展,并针对当前研究存在问题提出了包括海岸风蚀地貌调查、风沙地貌形态动力学机制、波浪-海滩-沙丘相互作用、风沙地貌发育演化与全球变化以及海岸风沙资源利用与防治...     

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。     

海岸沙丘表面不同部位风沙流中不同粒径沙粒垂向分布的变化

河北昌黎黄金海岸典型沙丘的实地观测表明,风沙流中中沙与细沙输沙量的垂向分布在沙丘表面不同部位的变化并无本质性差别但有一定变化幅度的差异,如绝对输沙量均在迎风坡至丘顶增加、丘顶至背风坡坡脚减小,但中沙输沙量在迎风坡增加的幅度小于细沙、在背风坡减少的幅度大于细沙;相对输沙量在沙丘不同部位的变化趋向类似,但细沙的变化幅度要小于中沙;中沙的垂向分布模式均为幂函数,细沙则表现为指数分布(0~10cm高度内)和幂函数分布(10~30cm高度内)。     

中国海岸风沙沉积记录的环境变化

海岸是陆、海、气相互作用的地带。海岸风沙沉积是这一特殊动力环境的产物,是研究海岸环境演变及海平面变化的良好信息载体。中国海岸主要存在3种风沙沉积,分别为“老红砂”、沙丘岩及海岸沙丘。本文通过比较已报道的风沙堆积的物质组成、地层变化等,进一步总结了海岸风沙沉积的特征;选择已开展绝对测年的沉积剖面,利用概率密度函数分析了风沙沉积年代的分布特征,考察了中国海岸风沙活动历史,结合其他气候记录,探讨了不同地质历史时期海岸风沙堆积的关键影响因素。结果表明：“老红砂”沉积主要记录了冰期-间冰期尺度的风沙活动,在120 ka BP前后、73—55 ka BP等时期,风沙活动主要与海平面下降时陆架提供的丰富沙源和强盛的冬季风有关;而在105 ka BP、80 ka BP前后,风沙活动与高海平面时期丰富的沙源或季风气候的季节性增强有关;55 ka BP以来风沙活动强度降低更多地反映了沉积记录保存环境的变化,末次冰期海岸风沙沉积大多分布在现代海面之下,并不代表实际的海岸风沙活动减弱。相比之下,海岸沙丘沉积所记录的风沙活动主要发生在近3 000 a,可能与中国海岸冬季风的增强有关。     

基于释光测年的福建晋江海岸沙丘粒度记录的风沙活动

采用OSL测年技术对福建晋江海岸沙丘剖面(SHA) 进行加密采样测年和粒度分析,初步确定了研究区近1000a 以来海岸沙丘发育的主要时段,以OSL测年值为基础,在统一时间标尺上综合对比东亚季风变化序列和福建沿海地区台风登陆记录,探讨了控制研究区海岸沙丘发育的主要因素.研究表明：(1) SHA沙丘表现为典型的海岸风成砂特征,海岸沙丘沉积后受风力侵蚀和后期化学风化作用的影响,粒径变粗,分选性变差,各粒级组分和粒度参数特征发生较大变化;(2) 近1000a 以来晋江海岸带海岸沙丘发育可划分为3 个时期,分别为AD1050~1300、AD1470~1600、AD1720~1950,尤其是小冰期(LIA),海岸风沙活动强烈,海岸沙丘发育盛行;(3) 近千年来区域降水量、海平面和台风强度变化与研究区海岸沙丘发育之间的关系尚不明确,而冬季风强度对海岸沙丘发育的影响明显,即海岸风沙活动期主要对应冬季风较强时期,但近50 年来海岸风沙活动较弱除了主要受冬季风减弱影响外,主要与人类经济活动所造成的地表覆被条件发生变化有关.     

潮汐作用下的风沙运动过程研究进展

潮汐作用下的滩面干湿交替是影响风沙运动的重要过程之一。从潮汐作用干湿交替影响下的海滩表层湿度时空变化及其对滩面风沙运动的影响、潮汐作用干湿交替影响下的海滩风区长度变化及其对滩面风沙运动的影响等方面,较为系统地概括和总结了关于潮汐作用下海滩风沙运动过程的研究进展和主要成果。主要结论为：（1）表层湿度与潮汐水位变化之间的关系是非线性的,存在地下水和毛细作用双重的滞后效应;（2）海滩临界起沙风速随表层湿度的变化关系在低于临界表层湿度时正相关,超过临界表层湿度则滩面风沙活动近乎停滞;（3）海滩风沙输送量随风区长度的变化关系按达到平衡状态前、中、后,可分为正相关、不相关和负相关3个不同的阶段。最后,针对当前国内外潮汐-海滩风沙作用模式的研究现状,提出中国未来急需加强的研究方向。     

小冰期福建海岸沙丘的沉积环境

选取福建东南沿海典型海岸沙丘——东海沙丘,运用GPR（Ground Penetrating Radar）技术探测海岸沙丘内部构造,辅助天然剖面和人工探槽观测,进行系统的年代采样与OSL（Optically Stimulated Luminescence）测年,并选择物理意义明确的粒度参数作为主要环境代用指标,获得了亚热带季风区砂质海岸带典型海岸沙丘的沉积年代和沉积结构。结果表明：（1）东海沙丘是由若干灌丛沙丘组成的横向沙丘,0～6 m主要是～0.45 ka BP以来形成的海岸风成沙丘,可以划分为～0.45 ka BP和0.22～0.12 ka BP两个阶段。（2）东海沙丘沉积过程是多因素共同作用的结果,冷干的气候环境是沙丘发育的适宜条件,入境台风频率增加可能加快了风沙的沉积过程。对比历史文献资料发现,气候异常期往往与社会动荡期、重要历史事件相对应。     

海岸沙丘形态对季风/台风的协同响应研究现状与展望

海岸沙丘形态变化及其动力学过程是认识和研究海岸风沙地貌的基础.中国海岸沙丘受季风和台风共同驱动,但梳理总结海岸沙丘形态对季风/台风的响应研究、海岸沙丘形态-动力学过程研究及其技术和方法等发现,现有研究对中国海岸沙丘受季风/台风协同驱动的特点认识不足,对季风和台风的影响分别进行研究,与海岸沙丘形成与演化过程并不相符,季风...     

波浪海滩沙丘相互作用模式研究述评

波浪-海滩-沙丘相互作用模式是对海岸沙丘形成与演化机理的宏观解析,是了解和认识海岸沙丘形态、类型与规模等的区域差异的基本途径,与海岸沙丘表面风沙流过程研究一样是研究海岸风沙问题不可或缺的重要方面。在对20世纪80年代以来国内外关于波浪-海滩-沙丘间相互作用模式研究历程回顾的基础上,重点总结和概述了国外所提出的波浪-海滩-沙丘间相互作用模式,包括小尺度的波浪-海滩-沙丘相互作用模式、中尺度的波浪-海滩-沙丘相互作用模式等,并展望了未来我国波浪-海滩-沙丘相互作用模式研究的基本方向与主要内容。     

Complex systems in aeolian geomorphology

Aeolian geomorphology provides a rich ground for investigating Earth surface processes and landforms as complex systems. Sand transport by wind is a classic dissipative process with non-linear dynamics, while dune field evolution is a prototypical self-organisation phenomenon. Both of these broad areas of aeolian geomorphology are discussed and analysed in the context of complexity and a systems approach. A feedback loop analysis of the aeolian boundary-layer-flow/sediment-transport/bedform interactions, based on contemporary physical models, reveals that the system is fundamentally unstable (or at most meta-stable) and likely to exhibit chaotic behaviour. Recent field-experimental research on aeolian streamers and spatio-temporal transport patterns, however, indicates that sand transport by wind may be wholly controlled by a self-similar turbulence cascade in the boundary layer flow, and that key aspects of transport event time-series can be fully reproduced from a combination of (self-organised) 1/f forcing, motion threshold, and saltation inertia. The evolution of various types of bare-sand dunes and dune field patterns have been simulated successfully with self-organising cellular automata that incorporate only simplified physically-based interactions (rules). Because of their undefined physical scale, however, it not clear whether they in fact simulate ripples (bedforms) or dunes (landforms), raising fundamental cross-cutting questions regarding the difference between aeolian dunes, impact ripples, and subaqueous (current) ripples and dunes. An extended cellular automaton (CA) model, currently under development, incorporates the effects of vegetation in the aeolian environment and is capable of simulating the development of nebkhas, blow-outs, and parabolic coastal dunes. Preliminary results indicate the potential for establishing phase diagrams and attractor trajectories for vegetated aeolian dunescapes. Progress is limited, however, by a serious lack of appropriate concepts for quantifying meaningful state variables at the landscape scale. State variables currently used in the bare-sand models are far from capturing the rich 3D topography and patterns and are not sufficiently discriminative to distinguish different attractors. The vegetation component in the extended model, and indeed ecogeomorphic systems in general, pose even graver challenges to establishing appropriate state variables. A re-examination of older concepts, such as landscape entropy, perhaps complemented by recent developments in information theory, may be a potentially fruitful avenue for research, although the outlines of such an implementation are still rather vague.     

人工卵石床面风沙流粒度特征

沉积物粒径分布对风沙沉积物的起动、输送和沉降过程十分重要。不同粒径的风沙沉积物空气动力学特征不同,从而导致其起动机理、输送过程和沉降模式不同。因此,粒度可以作为风沙沉积过程的指示器。戈壁是西北地区的一种重要地貌景观,戈壁风沙流是风沙物理研究的内容之一,但目前研究较少,特别是对戈壁风沙流粒度分布的研究,几乎没有报道。本文利用人工卵石床面模拟戈壁地表,对0.25、0.5、1 m和2 m高度的风沙流粒度特征进行观测,结果表明：沙源、地表状况、风程效应等影响沙粒粒径随高度的变化。沙源近,平均粒径随高度先减小后增加;沙源远,平均粒径随高度增加减小。戈壁表面的不同区域,沙粒粒径级配不同：随高度增加,粗砂,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加;随距离增加,中砂含量降低,细砂、极细砂和粉砂含量增加。平均粒径越大,分选越好,偏度越趋于正偏,峰度越趋于变宽。偏度、峰度随分选系数增加而增加。峰度随偏度增加而增加。     

中国海岸风沙沉积的成因与特征

东部和南部沿海是我国风景优美、气候宜人, 工农业与交通事业发达和人口密集的重要经济区。在16, 000多公里的海岸上, 风沙作用的海岸线就有近3, 000公里, 目前它们都在不同程度上处于风沙作用而后退或大大改观的状态。     

风蚀气候侵蚀力研究进展

风蚀气候侵蚀力是土壤风蚀方程中的气候因子,计算模型经多次修正后已基本发展成熟,广泛应用于干旱半干旱地区风蚀气候条件评估与响应机理分析及其与风沙地貌、风沙灾害的相关性研究等方面,其中风蚀气候侵蚀力对区域气候变化的响应研究是当下的热点问题。目前,风蚀气候侵蚀力研究仍存在计算模型不完善、研究区域发展不平衡、气候变化响应分析不全面、风沙地貌及风沙灾害相关性争议较多等问题。未来应进一步从构建区域校准性计算模型、计算并分析沿海地区风蚀气候侵蚀力、综合分析风蚀气候侵蚀力对气候变化的响应、建立风沙地貌及风沙灾害相关的综合性风蚀气候评价指标等方面开展风蚀气候侵蚀力的研究。     

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。     

2008—2018年河北昌黎海岸输沙势时空变化与沙丘形态演变

输沙势的时空变化特征是研究风积沙丘形态类型及其时空变化规律的重要指标。以中国河北昌黎海岸沙丘分布区为研究对象,利用邻近区域3个气象站记录的2008—2018年风资料分析输沙势时空变化,借助高分辨率的Google卫星影像提取同期横向沙脊和新月形沙丘形态的变化信息,结合区域风速、降水量变化及人类活动等因素,综合分析海岸沙丘分布格局和形态变化的驱动机制。结果表明：（1）研究区输沙势（DP）以春、冬两季最高,潜在风沙作用最活跃;（2）3个气象站中,乐亭站向岸合成输沙方向（RDD）代表研究区主要输沙方向,昌黎站离岸合成输沙方向为次要输沙方向,这两个输沙过程控制了研究区海岸沙丘分布的基本格局;（3）研究区向岸的和离岸的输沙势、合成输沙势（RDP）总体呈现衰减趋势,合成输沙方向没有明显变化;（4）近10年来昌黎海岸沙丘整体呈明显的风蚀消减特征,但气候变化的影响十分有限,而人工植树造林、防风固沙活动导致上风向沙源的减少则是主要原因。     

中国风沙物理研究五十年(Ⅰ)

2005年中国沙漠研究已经走过了50a的历程,作为沙漠科学重要组成部分的风沙物理学研究在中国亦有50a的历史了。本文较为详细地全面回顾了20世纪50年代中后期至90年代后期中国科学院知识创新工程实施之前我国风沙物理研究所做的主要工作和取得的成就,以期对相关的研究者有所帮助。这一时期的工作可以分为两个阶段。20世纪50年代中后期至60年代中期为理论准备和野外观测积累阶段,引进西方和前苏联在风沙物理学方面的研究成果,配合我国防沙治沙实践的需要开展野外观测研究。研究手段以大面积考察、半定位试验观测和定位试验为主。研究成果体现在风沙移动规律的初步认识、沙丘移动规律、中国沙丘活动的总体规律、防沙措施的布设原则和风沙运动理论的初步探讨等几个方面。1967年我国第一个风沙环境风洞建成使用,使风沙物理学的实验研究成为可能。自20世纪80年代开始同时向微观领域深入和向宏观领域扩展,风沙颗粒运动学、风沙流、风沙地貌动力、土壤风蚀和防沙原理等风沙物理学的主要领域得到了全面发展,在一些前沿探索领域亦有重要成就。     

An aeolian transport model for flat shifting sand fields under dynamic-limiting conditions

Estimating aeolian transport rates in the field is a difficult task even though various transport equations have been proposed. In this study, we used 5 years of field data on aeolian transport from an experimental plot for aeolian research located in the southeastern Tengger Desert to develop a practical aeolian transport equation capable of estimating transport rates in flat shifting sand fields. The resulting equation relates transport to the average wind velocity during a given period through a modified power function. The transport rate increases linearly with the cube of the average wind velocity. The equation can be generalized rate to a form that contains a proportionality coefficient and a threshold average wind velocity. The proposed model has an advantage over previous models in that it is based on a much larger sample size and corrected to account for variability in wind direction, sampling efficiency, and the height of the wind measurements.     

近40ka来海南岛海岸沙地气候与环境演变

选择海南岛东、西海岸具有代表性和高分辨率特征的木堆、棋子湾等地层剖面,在建立年代序列的基础上,对风成沙粒度组成与参数、SC/D值及磁化率等代用指标的研究表明,末次冰期间冰阶时气候相对温暖,滨海平原上河流三角洲前移,湿地、沙丘与交错分布;末次盛冰期时气候干凉,海岸沙地上形成了多道平行延伸的古沙垄(丘),并与大陆架古沙丘形成连续性沉积;末次冰消期时气候快速变化,古沙垄(丘)或加积发育或固定成壤;全新世以来气候回暖并波动变化,次生沙丘经历多次半固定、固定－沙丘加积、活化的演变。     

对黄土高原风尘搬运动力与沉积控制因素的新认识

风尘是地球表层系统的重要组成部分,广泛参与地球系统中不同时空尺度的物理、化学和生物过程,对全球气候和生态环境产生重要的影响。中国北方地区发育了世界最广、最厚的风尘沉积,记录了至少22 Ma以来东亚季风演化和亚洲内陆干旱化历史。半个多世纪以来对风尘沉积的气候记录和黄土高原的成因进行了大量研究并取得了丰硕成果,然而对黄土高原风尘物质沉积过程的认识还存在很多问题。例如,近年来基于物源示踪研究对传统的风尘搬运过程提出了新认识,认为虽然黄土主体是风成的,但以前忽略了河流对于碎屑物质的搬运贡献。我们在前人研究基础上从沉积学角度分析风尘沉积过程,发现青藏高原两期抬升与区域构造运动对粉尘沉积起着不亚于气候变化的重要控制作用;同时从沉积-侵蚀和地貌发育过程探讨风力与流水这两种最常见的外动力方式在黄土沉积和黄土高原发育过程中所起的作用,认为风尘的沉积和黄土高原的形成是侵蚀与搬运沉积作用的长期动态平衡过程,风力和流水在其中所起的作用都不是单一不变的,在不同时期和不同区域有可能会同时充当建设者和破坏者的角色。