黑河流域中游沙漠风能环境与风沙地貌

在黑河流域中游,沙漠分布在绿洲附近或绿洲之间。近年来,由于气候变化和人类活动的影响,该地区的生态与环境恶化。目前,虽然对该地区的生态与环境等问题进行了大量的研究,但关于绿洲及沙漠风能环境的研究较少。本文利用自动气象站的风资料、环境减灾卫星影像（HJ-1A/B）和Google Earth高清影像,对黑河流域中游沙漠的风能环境与风沙地貌进行探讨。结果表明：黑河流域中游沙漠的北部为高风能环境（>400）,中部为中风能环境（200～400）,南部为低风能环境（<200）;合成输沙势方向总体为东南方向,但在不同区域有所差异;方向变率在北部和中部属于中等变率,南部属于低变率。内陆河流域下游的冲积-洪积物是该地区沙漠形成的物质基础。风能环境与风况对风沙地貌沙丘的形成起着重要作用,但沙源供应对沙丘形态特征的作用不可忽略,在相同的风况下,新月形沙丘（链）、格状沙丘和金字塔沙丘可能共同存在,造成这种格局的主要原因在于沙源的供应程度,按新月形沙丘（链）—格状沙丘—金字塔沙丘顺序,沙源供应逐渐增加。研究区的沙丘类型包括新月形沙丘链、格状沙丘、灌丛沙丘、沙垄、金字塔沙丘、线形沙丘等。     

腾格里沙漠西南缘植被季节变化及风沙活动

腾格里沙漠西南缘沙区,3种植被条件下的盖度四季波动情况为:在林带背风面封育区25.89%~35.35%,封育区19.4%~29.39%,流沙区11.39%~16.05%之间; 各季节植被盖度表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,其中,流沙区植被盖度春季增幅最大,旱季降幅最小,而林带背风面封育区则雨季增幅最显著,封育区次之。流沙区草本植物株（丛）数比例从春季开始近似线性增加,旱季变缓,雨季又有所增加,8月底至9月上旬达最大值,灌木植物比例则相反;封育区和林带背风面封育区草本植物株（丛）数比例变化相似,均为春季迅速上升,旱季下降,雨季显著增加,9月底达最大值,灌木植物相反。流沙区因植被稀疏,牲畜采踏,植被难恢复,裸露地面风沙流活动强烈,沙丘前移;封育区植被盖度较大,形成了比较稳定的自然生态植被区域;林带背风面封育区则在多层防护林防护下,区域内风速低,植被盖度大,枯枝落叶多,普遍有1~1.5 mm厚的结皮,形成了更加稳定的生态环境。试验研究表明：在当地降水条件下,只要在沙漠边缘建立足够的封育区,禁止或减少人为活动,自然植被恢复,可大大降低风沙活动,遏制沙漠前移,实现当地的生态可持续发展。     

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律北大核心CSCD

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠分别为中国面积第二、第三大流动性沙漠,对两大沙漠连接带新月形沙丘的动态监测可以揭示该地区沙丘形成演化规律,为沙漠连接带风沙地貌发育研究提供科学支撑。通过Google Earth高清历史影像对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带的新月形沙丘带进行监测,分析了两大沙漠交界处沙丘的移动速率和形态变化。结果表明:巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动速率范围5.88-19.55 m·a^(-1),平均移动速率10.03 m·a^(-1);移动方向范围109°-135°,平均移动方向122°。风况为沙丘移动提供动力条件,合成输沙方向与沙丘移动方向吻合。受NW、WNW方向输沙影响,新月形沙丘南翼在移动速率增加的同时长度不断伸长,显著区别于北翼。沙丘移动受控于沙丘本身形态,沙丘各形态参数(迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积)与移动速率呈现显著负相关关系(P<0.01)。植被覆盖以及沙丘密度的差异导致了研究区沙丘移动速率的差异。沙丘移动前后,形态参数变化具有复杂性,而沙源丰富度差异以及丘间地灌丛沙包对沙丘形态的改变,是沙丘形态变化复杂性的主要原因。两大沙漠连接带年输沙通量170-521 t·m^(-1),均值为301 t·m^(-1)。     

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。     

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。     

库鲁克沙漠风沙地貌与沙丘移动

库鲁克沙漠位于塔里木河下游以东,是塔克拉玛干沙漠的重要组成部分。利用风况资料和Google Earth卫星影像,对该沙漠的风沙地貌及其移动特征进行分析。结果表明:库鲁克沙漠风能环境属于低至中等;合成输沙势方向为西南至西南偏西方向;方向变率属于中等。具有风积和风蚀两种地貌类型,风积地貌类型主要包括平沙地、灌丛沙丘、新月形沙垄、新月形沙丘及沙丘链、复合新月形沙丘和复合型沙丘链,风蚀地貌类型主要为雅丹。沙漠西部新月形沙丘的移动方向为西南偏西方向,与当地合成风向大体一致。沙丘移动速率为9.5~37.8 m·a^-1,呈现明显的空间差异,主要取决于当地风况、沙丘高度和沙丘密度等因素,与沙丘高度和沙丘密度呈指数负相关关系。沙丘的形成发育及其移动是由多种因素相互作用的复杂过程,而这种复杂性塑造了丰富的风沙地貌类型及其区域差异性。     

腾格里沙漠东南缘不同发育阶段横向沙丘粒度特征

选取了腾格里沙漠东南缘风沙观测场内经人工平整后流动沙地上出现的新生横向沙丘和观测场外围未经人工干预的原始横向沙丘,采集了其表层的沉积物进行试验分析,探讨了不同发育阶段沙丘之间和沙丘表层不同部位之间沉积物粒度组成的空间差异及其所反映的近地层风沙运动过程.结果表明:腾格里沙漠东南缘横向沙丘以细沙为主(53.87%),其次为中沙(42.57%),粗沙和极细沙含量很少;新生沙丘表层沙粒的平均粒径(1.98 Φ)略大于原始沙丘(2.16 Φ),而分选性都很好.两类沙丘的偏度都表现为近对称,峰度都表现为中等类型;由于沙丘所处发育阶段和尺度不同,即使在同一种风能环境下,两类沙丘及其表层不同部位沙粒的粒径分布也存在明显差异.     

腾格里沙漠南部格状沙丘的形态演变及移动特征

沙丘的形态变化与移动蕴含区域风沙环境和地貌演化的关键信息,是风沙地貌研究的重要内容。以腾格里沙漠南缘的长格状和方格状沙丘为研究对象,利用风况资料和Google Earth卫星影像,监测2009—2020年两种格状沙丘的形态变化并分析其移动特征。结果表明：(1)腾格里沙漠西南缘和东南缘的主风向均为西北风,长格状沙丘分布区的次风向为东南风,方格状沙丘分布区次风向为东风和东南风,都属于低风能环境、中变率风况。西南部风能环境大于东南部,研究区近10年风动力呈衰减趋势。(2)格状沙丘的主副梁长度和间距在增加,其中,长格状沙丘高度增加,方格状沙丘高度在降低。沙丘主梁向东偏移,副梁向南偏移,形态整体保持稳定。(3)长格状沙丘平均移动速率为1.57～1.71 m·a^-1,方格状沙丘平均移动速率为1.63～2.01 m·a^-1,沙丘平均移动方向与合成输沙方向基本一致,沙丘的体积是造成移动速率差异的主因。     

腾格里沙漠东南部野外风沙流观测

风沙流是一种沙粒的群体运动,是风沙物理研究的重要内容之一。开展风沙流研究,能够为风沙运动理论与工程实践提供理论支持。由于自然界风的阵性、地表湿度、下垫面属性和风程长度等影响因子的时空变化对风沙流运动的影响,以及长期野外观测的限制,对风沙流的研究目前还不是很完善。本文依据中国科学院风沙科学观测场2005-2009年的长期观测资料,采用赤池信息量准则（Akaike information criterion）,对5种风沙流通量研究常用的拟合模型进行对比分析。结果表明,指数函数模型(q(z)=ae-z/b)是平坦沙地上风沙流的最佳表示方式,该模型拟合系数a值在0～600之间,但主要分布在0～100之间,占64.40%,其次为100～150之间,占18.24%;系数b值在0～0.06之间,主要分布在0.015～0.040之间,占91.21%,其中0.025～0.030占26.37%,其次为0.030～0.035,占24.40%。风沙流中的沙粒平均跃移高度与拟合系数b相同。风沙流在运动过程中,主要在高度20 cm以下传输。风沙流对地表的风蚀和堆积机率几乎是相等的。     

火星风沙地貌研究进展

作为最活跃的地貌塑造外营力,风力作用在火星表面塑造了各种各样的地貌形态。对火星风沙活动及风沙地貌的认识是随着观测和探测技术的进步而逐渐明确的。火星沙丘在北极地区连绵成带状分布,在其他地区分布比较零散,且主要与撞击坑、河谷和山谷相伴分布。火星风沙地貌与地球上相应的地貌类型形态相似而规模更大,表明两个星球上塑造风沙地貌的动力系统具有一定的相似性。火星沙丘主要由玄武岩质（北极部分沙丘为石膏质）颗粒堆积而成,沉积物粒度比地球粗,主要是由中沙和粗纱组成。随着获取影像时空分辨率的提高和着陆器在火星近表面的观测,发现火星上部分区域的沙丘和沙波纹比较活跃。同地球一样,火星风沙地貌也可指示火星气候的变化。     

腾格里沙漠近地面层风、气温、湿度特征

利用中国科学院风沙科学观测场2005年全年的近地层观测资料,研究了腾格里沙漠地区风向、风速玫瑰图,风速廓线,温度廓线和湿度廓线的月变化及季节变化规律,揭示了腾格里沙漠地区近地层风、温、湿要素特征。风速廓线的四季变化明显,夏季风速最大,其次为春季\,秋季,冬季风速最小。温度、湿度廓线也存在着明显的月变化:1月最冷,7月最热;10月湿度最大,4月湿度最小,四季中春季最干。     

固沙植被区两类结皮斑块土壤呼吸对降雨脉冲的响应

与降水事件密切相关的土壤水分有效性是荒漠生态系统土壤呼吸的重要驱动因子。研究了固沙植被区以藓类和藻类为主的生物土壤结皮斑块土壤呼吸对模拟降雨(5、10、20 mm)的响应。结果表明:3种降雨量对不同结皮斑块土壤呼吸均有显著的激发作用, 但2种土壤的响应特征不同。藓类结皮斑块土壤呼吸速率在降雨后0.5 h达到最大值, 而藻类结皮斑块土壤在降雨后2 h达到最大值, 其呼吸速率分别是降雨前土壤呼吸速率的43~58、21~25倍,随后, 两类结皮斑块土壤呼吸速率逐渐下降并恢复到降雨前水平。随着降雨量的增加, 藓类结皮斑块土壤最大呼吸速率和平均呼吸速率显著增大, 而藻类结皮斑块土壤则无明显变化; 2种土壤碳释放量均随着降雨量的增大而增加。在相同降雨条件下, 藓类结皮斑块土壤呼吸速率峰值和平均值及碳释放量均显著大于藻类结皮斑块土壤。表明生物土壤结皮和降雨量均对荒漠生态系统土壤呼吸起着重要的调控作用。     

60ka来腾格里沙漠东南缘风成沉积与沙漠演化

对腾格里沙漠东南缘风成沉积相典型剖面(中卫南山剖面)年代的测定,建立了60 ka以来腾格里沙漠演化的时间序列,并结合各地层粒度组分分析结果认为60 ka以来腾格里沙漠演化共经历了5个阶段。60~20 ka B.P.,腾格里沙漠的范围远没有到达现在的位置;20~10 ka B.P.,沙漠向东南方向大规模扩展,奠定了东南缘现代沙漠环境的格局;8.1~5.2 ka B.P.,沙漠东南部得到固定,沙漠范围缩小;11~8.1ka B.P.与5.2 ka B.P.至现代两阶段和现代沙漠环境接近。     

Geomorphology of sand dunes in the Northeast Taklimakan Desert

Three types of sand dunes exist in the Taklimakan Desert, namely compound/complex crescent dunes and crescent chains, compound dome dunes and compound/complex linear dunes. Besides these three compound/complex types, single simple dunes are also distributed throughout the sand sea. The compound/complex linear dunes are developed under acute bimodal wind regimes. Though the ratios of the resultant drift potential (RDP) and the drift potential (DP) are the same as that near the border and adjacent area of the sand sea, the compound/complex crescent and dome dunes are developed, respectively, because of divergence of the sand available, the stress of the sand-moving winds and the time scales of dune formation. The sand supply for the dunes is not from Lopo Nor in the east as previous studies suggested but mainly from local alluvial or lacustrine deposits. The grain size component does not correlate evidently to the morphology parameters of the sand dunes. Analyses of the DP and drift direction suggest that the northeast Taklimakan is an area of low wind energy and the resultant drift direction (RDD) coincides well with the distribution, morphology and scales of the dunes.     

腾格里沙漠东南缘输沙势与最大可能输沙量之比较

利用腾格里沙漠东南缘沙坡头站20年风况自记资料,计算了输沙势和最大可能输沙量,深入研究了二者之间的定量关系。另外,通过矢量合成法则,对合成输沙势和合成输沙量的关系也做了进一步研究。输沙势和最大可能输沙量不仅在量值上关系显著,而且在16个方位上的分布规律也存在一定的相关性。     

腾格里沙漠沙丘沉积物粒度特征及其空间差异

沉积物粒度特征对于研究物源、衡量搬运能量具有重要意义。分析了腾格里沙漠45个沙丘顶部样品的粒度特征,并计算了30 a输沙势。结果表明：（1）沙丘沙以细沙（71%）和中沙（20%）为主,平均粒径2.38 Φ,分选系数0.40 Φ;平均粒径与分选系数、偏度呈良好的线性关系。（2）分选为“极好”和“好”的样品整体分布在沙漠中部和西南部,前者概率累计曲线趋于近对称、中等峰态,为二段式,后者趋于正偏、中等或尖窄峰态,为三段式;而沙漠边缘分选较差,概率累计曲线为多段式。（3）盛行起沙风为西北风。西北和东北部属中风能环境,风况属单峰型和复杂型;南部和东南部分别属低、中风能环境,均双峰型风况。研究区沙丘沙源应以下伏河湖相沉积物就地起沙为主。沙漠边缘河湖相沉积物应该为中部区沙丘沙提供了物源,西南部沙丘沙可能源自石羊河下游的冲洪积物,风力分选作用较长,边缘沙丘沙则应来源于该区河湖相沉积物就地起沙,风力分选不充分。粒度参数空间分布特征与沙丘类型和规模之间存在一定的耦合关系。     

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。