新疆和田河流域灌丛沙堆风洞流场的实验研究（Ⅰ）

灌丛沙堆是一种重要的风积地貌类型,风力、沙源、植物是影响灌丛沙堆发育的主要因素。依据风沙运动实验相似理论,以新疆和田河流域实测的灌丛沙堆数据为基础,按40∶1的比例缩小制作成无植被“灌丛沙堆”模型,在风洞中选用区间在6~14 m\5s-1的5组不同风速分别对沙堆模型作纯气流模拟实验流场观测,探讨在不同风力作用下灌丛沙堆表面的流场结构变化特征。模拟实验表明,气流在半球形沙堆迎风坡下部受到正面风压影响有较明显反射涡流,丘顶具有高速气流风蚀区域,而圆锥形沙堆迎风坡气流均匀爬坡加速,背风坡涡流强盛,因此两者在无沙情况下的纯气流流场结构特征、沙堆形态动力平衡特点有较明显差异。     

新疆和田河流域灌丛沙堆风洞流场的实验研究（Ⅱ）

摘要: 依据风沙运动实验相似理论,以新疆和田河流域实测的柽柳沙堆形态数据为基础,按40∶1的比例缩小制成半球形和圆锥形模型,并在模型顶部模拟人工“植物灌丛”,选用起沙风速区间在6~14 m\5s-1的5组不同的风速分别对半球形灌丛沙堆模型和圆锥形灌丛沙堆模型在风洞中作纯气流流场模拟实验,以探讨植物在灌丛沙堆绕流结构形成中的作用。模拟实验表明,无论沙堆基本形态如何变化,沙堆顶部的植物都增加了沙堆表面的粗糙度,对翻越沙堆的绕流气流阻滞消能,消除了裸露沙堆顶部常见的强风侵蚀区域,并加强了背风坡涡流影响范围,这种流场结构变化必将影响沙堆前后风沙流的结构特征。因此,植物的存在将更有利于截留沙尘、促进沙堆增长,植物在沙堆发育过程中起着十分重要的作用。     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面气流与坡面形态的关系

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘主、副梁和新月形沙丘断面风速的野外观测结果表明,迎风坡风速放大率、背风坡气流的方向和强度随区域气流、坡面形态而不同。迎风坡风速放大率对沙丘形态的作用在于增加丘顶区域的输沙率和活动性;背风坡气流不仅影响沙丘形态而且控制沙丘动力学过程。在横向气流条件下,风速放大率使沙丘迎风坡随区域气流强度的增加变长变缓,背风坡受分离流控制使沙丘迁移;在双向－斜向气流条件下,沙丘丘顶处于侵蚀亚环境而两坡变陡变短,背风坡受附着偏向流控制使沙丘纵向延伸。     

影响生物土壤结皮在沙丘不同地貌部位分布的风因子讨论

 生物土壤结皮广泛分布于干旱和半干旱区,它的形成和发育对荒漠生态系统修复过程产生重要的影响。采用野外观测的方法,测定了固定沙丘纵断面表面气流和生物土壤结皮的发育特征。结果发现,近地表气流在迎风坡坡脚部位最低,丘顶最高,从坡脚到丘顶呈增加的趋势。近地表气流在背风坡中上部急剧下降,中下部位有所增加,到坡脚部位又呈减少的趋势,但后者均远低于丘顶的风速。各观测点不同高度风速放大率不尽相同。生物土壤结皮发育特征的测定结果显示,其厚度、抗剪强度和细颗粒物含量均从沙丘底部向中上部呈减少的趋势,表现出风速较高区域生物土壤结皮的发育程度较低,风速较低区域生物土壤结皮的发育程度较高的特点,说明生物土壤结皮在沙丘不同地貌部位的分布与由地形差异导致的气流变化之间具有密切的关系。     

腾格里沙漠东南缘沙丘迎风坡风速变化的初步研究

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘表面气流的观测结果表明,迎风坡风速的增加程度因坡成形态和原始气流的方向,强度而不同。迎风坡风速放大率介于１．０６～１．９１之间,且在格状沙丘主梁,主要与坡形系数和高度有关;在副梁随原始风入射角,坡形系数而变化,风速放大率对沙丘形态的影响主一要增加丘顶区域的输沙率和活动性,且因区域气流的方向和强度而不同,在横向气流条件下,其迎风坡随区域气流强度和增加而变缓,变长,在双向（斜     

金字塔沙丘粒度变化及表面过程的初步研究

莫高窟顶金字塔沙丘粒径集中分布在2.44～2.94 Φ,属细砂。标准差介于0.24～0.65之间,偏度在0.03～0.31,属于正偏级。峰度在0.78～1.72,介于宽峰态至尖峰态。沙粒粒径级配是风况、地貌与沙物质相互均衡作用的结果。金字塔沙丘存在着沙臂顶部沙最细或最粗两种粒度模式。金字塔沙丘沙丘主臂(WNW—ESE)属于在双向风环境作用下,类似于横向沙丘粒度变化模式,两坡下部以风蚀为主,丘顶附近以堆积过程为主,导致沙臂两坡粒径与分选性由下而上变细与变好。频率高、风速不大的局地气流,可将大量细沙物质搬运到金字塔沙丘主臂,造成丘底到丘顶的粒度变化不大。副臂(SW)受较强NW风力作用,具有横向及纵向沙丘粒度变化模式,整个坡面处于风蚀状态,沙臂顶部风蚀最为强烈,导致从底部到顶部的粒度逐渐由细变粗。     

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。     

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。     

柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布随背景植被变化的风洞实验

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带广泛分布的柽柳灌丛沙堆及丘间地植物为原型,依据风沙运动相似理论,制作背景植被盖度依次为0%、4%、10%、16%和26%五组灌丛沙堆模型,在风洞中进行蚀积变化规律模拟实验。结果表明：柽柳灌丛沙堆及丘间地蚀积分布可划分为6个区域,依次为沙堆前积沙区、沙堆迎风坡风蚀区、沙堆两侧风蚀区、沙堆背风侧涡流积沙区、沙堆后尾流积沙区和不受沙堆影响区。随着指示风速增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围缩小而沙堆两侧风蚀区面积明显增大。随着背景植被盖度的增大,沙堆前积沙区和尾流积沙区范围增大而沙堆两侧风蚀区范围明显减小。灌丛沙堆及丘间地整体风蚀面积比、风蚀率、各分区蚀积强度均呈指数规律递减。背景植被盖度为0%时,灌丛沙堆影响区风蚀率明显高于不受沙堆影响区,说明裸露地表条件下灌丛沙堆的存在会加剧地表风蚀;当背景植被盖度为4%~16%时,灌丛沙堆影响区风蚀率均低于不受沙堆影响区,可见丘间地植被存在可使灌丛沙堆起到一定的防风阻沙作用。当背景植被盖度>16%时,柽柳灌丛沙堆及丘间地整体蚀积强度和风蚀率变化趋于平稳。据此认为维持不低于16%的背景植被覆盖,是沙漠-绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆科学保育的关键。     

毛乌素沙地南缘半固定沙丘风沙输移物特征

通过连续动态观测,获取毛乌素沙地南缘典型半固定沙丘表面风沙输移物,测量了风沙活动中不同沙丘部位的风蚀深度,并对风沙输移物及其养分进行了初步分析。结果表明:风沙活动期间沙丘顶部的风蚀深度最大,沙丘迎风坡次之,而丘间地的风蚀深度最小;沙丘顶部和迎风坡的输移物以中沙和细沙为主,养分含量较低,丘间地颗粒较细且养分含量较高;土壤养分含量与颗粒大小存在显著的负相关关系。迎风坡和丘顶处在风蚀亚环境而难以被植被固定,进而加速了风蚀过程;丘间地风沙活动较弱,风积物中养分含量较高的细颗粒物质促进了植被的发育,因而减弱了局地风速。     

半隐蔽式草方格沙障凹曲面形成的流场解析及沉积表征

利用野外风沙观测、沉积物粒度分析和等比例实体草方格风洞流场模拟,解析了草方格沙障内部凹曲面形成的风沙流场过程。草方格分别作为疏透沙障和地表粗糙元对贴地层和近地层风沙流具有不同的影响：床面蚀、积分布和方格中心凹曲面的形成发展,以及沉积物粒度变化,取决于草带之间的贴地层流场分布格局以及草带对风沙流中固体物质的截留;近地层风力普遍受到草方格粗糙元的削弱,促进了沙面稳定。高风速下输沙率垂向分布的“象鼻”结构,体现了草方格对促使风沙流结构变异、形成和维持草方格凹曲面的重要性。沙丘不同部位草方格沉积物粒度分布模式不同,显示沙丘部位也是影响草方格内部流场的一个因素,以迎风坡中部最有利于方格内凹曲面的形成。     

新疆和田河流域柽柳沙堆的生物地貌发育过程

柽柳沙堆是我国干旱区分布最为广泛的灌丛沙堆类型之一。在实地考察新疆和田河流 域柽柳生态地理特征、测量223 个柽柳沙堆形态, 并在两个野外观测点上实测4 个沙堆的风沙流剖面, 结合室内风洞实验段风速8 m/s 条件下模拟沙堆风流场结构等综合分析方法, 本文探讨了柽柳沙堆的生物地貌学特征及其发育过程。结果表明: 研究区柽柳的生态类型属于以胡杨林与灌木林下土壤为基础的吐加依土生境类型, 这个生境类型可以进一步划分为三个亚生境, 这些亚生境反映了柽柳沙堆不同发育阶段的生态环境特征。由于柽柳灌丛的寿命长、木质化枝干的刚性较强、根株萌发力强耐风蚀沙埋, 可对地面风沙流运行产生强烈扰动, 其风速剖面有别于芦苇沙堆和骆驼刺沙堆, 风流场结构有利于聚集风沙, 因此风沙依托柽柳灌丛堆积发育而成的柽柳沙堆平均坡度较大、沙堆存活与发育的周期也较长     

地形对包兰铁路沙坡头段防护体系的影响

选择沙坡头铁路防护体系典型断面,利用野外风场观测与风洞模拟,讨论地形在道路防沙体系中的作用。结果表明,防护体系前沿栅栏沙丘下风向10倍沙丘高度的水平范围内,地表摩阻风速通常小于临界值;风速递减系数随防护距离的增大而增大,地形倾斜和起伏对贴地层风力减弱的贡献占防护体系风速削弱程度的43%。自流沙区至铁路路基,潜在输沙率迅速波动降低,其中地形变化使得防护体系内潜在输沙率降低50%以上。这表明,地形是沙坡头铁路防护体系发挥卓越功能的重要因素,栅栏沙丘已成为防护体系的重要构成部分。     

Dynamic processes of a simple linear dune—a study in the Taklimakan Sand Sea, China

Samples of dune sands, surveys of the morphology and field measurements of wind velocity and direction of a simple linear dune in Taklimakan Sand Sea show that the airflow and sand flux vary with the change of wind direction on the dune surface. Decrease of the airflow stress on the lee flank does not result in much decrease of the sand flux because of the low threshold shear velocities and the airflow conditions. There are no significant relations between the sand flux on the lee flank and the angle of incidence of the airflow. The low threshold shear velocities and the maintenance of the sand flux at the lee flank are the main mechanisms keeping the linear shape of the dunes. Measurements of the sand flux shows that it reaches a maximum on the crest of the dune. The grain size of the transported sands has some differences compared to that of the dune surface. The sands transported are finer than that on the dune surface, but better sorted under the influence of the medium to low wind activity. The field experiment results exhibit that it is possible for the dunes to be shaped as linear dunes during the processes of accumulation and elongation.     

风向对半固定沙垄表面风速影响——以古尔班通古特沙漠为例

利用DETI可移动测风系统对古尔班通古特沙漠半固定沙垄表面风速进行实地观测,获取了主要风季不同风向条件下沙垄表面7个典型部位距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm 5个高度的风速系列数据,系统研究风向对半固定沙垄表面坡面风速及风速廓线的影响。结果表明,迎风坡的气流加速和背风坡的风速降低现象在实际观测中得到证实,但受风向的影响甚大。垄顶风速放大率随入射角的增大呈指数关系递增,而背风坡风速占垄顶风速的比率则随入射角的增大呈线性关系递减。大角度入射气流速度变化主要受控于沙垄形态,小角度入射气流速度变化主要受控于地表植被状况。无论气流以何种角度入射,距沙垄表面20 cm高度气流的加速均较其他高度缓和。沙垄底部和坡中下部的风速廓线变化趋势基本一致,且呈较好的对数拟合关系;两坡中上部和垄顶部的对数拟合方程相关系数偏小;受回旋涡流的影响,风速廓线在背风坡上部有明显偏折,初步断定涡流中心在距地表40 cm左右的高度。     

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。     

塔克拉玛干沙漠简单线形沙丘形态动力学过程研究

采样分析、风沙观测以及计算结果表明,在不同风向作用以及沙丘形态参数改变等因素的控制下,简单线形沙丘表面起动剪切速度有明显的差异。表面的气流强度随风向的改变而有所不同。气流与沙丘正交时迎风一侧的输沙率远大于背风一侧同地貌部位的输沙率,但当气流与沙丘走向斜交时,沙丘两侧同地貌部位的输沙率差异不是太大,这是线形沙丘在动力学过程中能保持其形态的最主要原因之一。风向的多变以及沙丘形态的变化使风沙流内边界层内随高度的风速与所观测的输沙率虽也表现为幂函数关系,但相关性较低。沙丘表面被输移的沙物质的粒度分布与下垫面物质组成有一定的差异,在中低强度的起沙风范围内,被输移的沙物质的平均粒径小于下垫面沙物质的平均粒径,且随风速或输沙率的增大,粒度组成也趋于统一。总体上,地表沙物质的输移仍是一随机过程。     

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...