柴达木盆地新月形沙丘和线性沙丘共生现象

沙丘的共生,指的是不同类型的沙丘能够在同一片区域某一个时间段同时存在。对柴达木盆地的5处新月形沙丘和线性沙丘共存区域进行分析研究,结果表明这种共生沙丘一般都发育在沙源不足的高山、湖泊的边缘,而且发育在常年单一风向条件下;都是发育小型沙丘,很少有大型的共生沙丘;新月形沙丘和线性沙丘发育没有固定的方位模式,但都是沿着主风向发育,发育的相对位置与障碍物的方位有很大的关系;风况对共生沙丘的发育也有很大的影响。     

新月形沙丘与线形沙丘共生现象探讨——以撒哈拉沙漠为例

沙丘共生问题是风沙地貌研究的热点,目前尚缺乏较为深入的探讨。以共生沙丘分布最为广泛的撒哈拉沙漠为例,基于Google Earth高清卫星影像对新月形沙丘和简单线形沙丘共生区域进行参数识别,并对其区域风况特征和形成发育环境进行分析,以探讨共生沙丘形成的可能原因。结果表明：撒哈拉沙漠共有17处典型的共生沙丘区域,是世界上最大的共生沙丘分布区。区域及单个共生沙丘形态参数之间均存在一定相关性,但并不具有理论上应具有的良好相关性,表明影响沙丘共生的因素较为复杂。共生沙丘在低、中、高风能环境以及不同风向变率下均可发育,但主要在低风能环境、中等风向变率,锐双峰风况下形成。单一的起沙风风向是共生沙丘形成的重要条件,合成输沙势方向与沙丘走向基本一致。除风况外,障碍物如山脉、河流等因素同样对沙丘共生发挥了重要作用。     

新月形沙丘研究进展综述

新月形沙丘是世界沙漠中分布最广泛的沙丘类型之一，在北半球沙漠中更为常见。Ｂａｇｎｏｌｄ（１９４１）全面论述了新月形沙丘的起源、运动特征和沉积构造。Ｍｃｋｅｅ（１９６６）揭示了新月形沙丘的沉积构造特征。Ｓ．Ａ．费道洛维奇（１９６０）和Ｆｒｙｂｅｒｇｅｒ等（１９７９）阐明了新月形沙丘发育的风信环境。Ｍ．Ｐ．Ｐｔｒｏｖｅ（１９６２）、朱震达等（１９８１）则深入研究了新月形沙丘的移动规律。近年来系统论模式     

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。     

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。     

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。     

新月形沙丘迎风坡气流加速模拟

迎风坡气流加速是决定新月形沙丘发育和形态的动力因子，研究这一加速过程的定量关系有利于认识沙丘的发育、沙丘的形态、沙丘的运动等。通过大量的野外实测数据和前人的理论分析，得出沙丘迎风坡气流加速量主要和沙丘坡度、迎风坡前来流风速以及沙丘高度有关，并建立了新月形沙丘迎风坡气流加速和沙丘形态特征的定量关系。根据这一关系得了在风力较强的风沙环境中，沙丘坡度较小；在风力较弱的风沙环境中，沙丘坡度较陡。地表粗糙度越大，迎风坡坡度越陡。沙丘地貌发育高度存在一上限，这一上限与边界层厚度有关。     

柴达木盆地西南缘新月形沙丘移动特征及其影响因素

柴达木盆地西南缘新月形沙丘连片分布、数量丰富、大小各异、形态多样,是开展沙丘动态演化研究的理想区域。基于2013年和2021年两期高分一号卫星影像和气象资料,分析了柴达木盆地西南缘沙丘区537个新月形沙丘移动、形态和区域风况特征,探讨了沙丘移动的影响因素。结果表明：(1)该区域新月形沙丘移动速率1.43～22.37 m·a^-1,平均移动速率7.23 m·a^-1,沙丘移动方向109.22°～171.28°,平均移动方向142.86°,整体呈NW-SE方向移动。(2)受低风能环境和西北偏西风的影响,该区域新月形沙丘移动速率相对其他沙漠较慢,移动方向与盛行风向基本一致。(3)受沙丘尺度的影响,该区域新月形沙丘越大,移动越慢,呈幂函数递减的关系。(4)该区域新月形沙丘分布密度、植被状况、地形起伏等在一定程度上影响沙丘移动速率。     

线形沙丘研究进展评述与展望

线形沙丘不仅是地球上沙漠地区分布最广的沙丘类型之一,在火星、土卫六和金星等外星球也存在或可能存在。因此,线形沙丘可能是具有大气层的类地行星上分布广泛的一种风沙地貌。线形沙丘分布广泛、形态多样,某一理论不能合理解释其所有特征及其形态动力学机理,使其成为争议最大的一类沙丘。近年来随着新技术和新方法在风沙地貌研究中的应用,线形沙丘研究取得了诸多重要进展。以不同的研究主题为线索,对线形沙丘界定及分类、分布、物质组成、内部沉积构造、侧向移动、形成年代和形成假说等7个方面的研究进展进行了总结与综述,并对线形沙丘未来的研究前景进行了展望,认为在未来研究中应注重野外观测与室内实验分析相结合、与外星球线形沙丘的类比研究和新技术的应用等。     

A second look at western Sinai seif dunes and their lateral migration

Tsoar et al. [Tsoar, H., Blumberg, D.G., Stoler, Y., 2004. Elongation and migration of sand dunes. Geomorphology 57, 293–302.] reported that seif dunes in the western Sinai Desert did not migrate laterally between 1973 and 1999. If the planform sinuosities of the dunes are removed by filtering, spatial averaging, or linear regression, however, it is evident that the dunes did, in fact, migrate laterally roughly 13 m during this 26-year period. The measured migration distance is 1–2 orders of magnitude greater than the rms co-registration error Tsoar et al. determined for the first and last air photos that were used to map the dunes. The western Sinai dunes provide another example demonstrating that linear dunes can migrate laterally, and they illustrate some of the difficulties in documenting systematic lateral motion.Lateral migration of a dune can be important geologically or geomorphologically, even where migration is too slow to detect from repeated topographic surveys. This article explains the wind conditions for the lateral migration of seif dunes in western Sinai and the possible wind occurrences that would not lead to such a migration.     

Elongation and migration of sand dunes

Two distinct processes are known to act on dynamic dunes, the process of migration by erosion on the windward side and deposition on the lee side, typical for transverse dunes, and the process of elongation typical for linear dunes. These two processes are determined by wind direction relative to the dune alignment. This article reviews the assertion that linear dunes experience lateral displacement in addition to elongation. Fieldwork on vegetated linear dunes (VLDs) and GIS work on seif dunes indicates no lateral migration for these dunes. Linear dunes can shift laterally only when a slip face, formed on the lee side, reaches the plinth of the dune. The winds from both sides of the seif dune are never symmetric; usually winds from one direction are more dominant and effective. The outcome is the formation of peaks and saddles along the dune. The strongest winds create a slip face on the lee side of the peak segments of the dune, oblique to the dune alignment, which reaches the base of the dune and displaces the peak downwind along the dune alignment. The internal structure of the seif dune is formed mostly by this dominant wind direction and gives the impression that the dune has shifted laterally. On the other hand, there are cases in which the wind directions relative to dune alignment fall between those of transverse and seif dunes. In such cases, both processes act on the dune, which subsequently experiences migration as well as elongation.     

关于库姆塔格沙漠“羽毛状”风沙地貌的讨论

库姆塔格沙漠是我国最后一个完成综合科考的沙漠,以其北部的“羽毛状”沙丘著称。以往关于库姆塔格沙漠风沙地貌的认识主要基于遥感影像判读。最近深入沙漠腹地的实地考察引发了对该沙漠“羽毛状”沙丘的争论。本文从地质构造、遥感影像纹理特征、沙丘形态特征、风况特征、组成沙丘沉积物的粒度特征、矿物组成、光谱特征、颗粒形貌等多层次、多视角探讨库姆塔格沙漠的“羽毛状”风沙地貌。提出从三种空间尺度上区分“羽翼状”沙漠、“羽毛状”图案（伪羽毛状沙丘）和“羽毛状”沙丘的必要性。认为：①库姆塔格沙漠的 “羽翼状” 总体格局是受新构造运动控制的。②以往基于航片判读确认的“羽毛状”沙丘实际上是由线性（赛夫）沙丘、丘间走廊的亮色浮沙片和残余暗色粗沙地的反照率对比形成的“羽毛状”图案,并非真正的复合沙丘。③真正的“羽毛状”沙丘应该是指有明显新月形沙丘遗留翼角的赛夫沙丘（线性沙丘）的变型。④由赛夫沙丘到“羽毛状”沙丘,风况愈来愈复杂。     

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。     

沙纹弹道成因理论评析

运用风沙地貌蚀积原理对长期风靡于风沙地貌学研究领域的R·A·拜格诺跃移质冲击起动学说进行了评析,在肯定该学说正确方面和历史贡献的同时,对其中的沙纹弹道成因理论提出了异议。在分析弹道理论特点后认为,跃移质等量、等高、等距的三等特性是拜氏冲击起动学说在沙纹成因上的具体运用和观点的集中体现。分析认为沙粒跃移特性轨迹只存在于少量的跃移质中,且很少具有连续性;它不能取代普遍存在于风沙移动之中沙粒的3种运动形式,也无法体现沙粒两种起动的相互关系和沙粒在移动中所表现出来的高低不一,移距长短不同的差异性和分选性。评析强调沙粒起动和沙粒运移的多样性,在寻求它们的规律时,不应简化其多样性,或追求运动的单一性和特殊性。实验证明,沙纹无论在初始的形成阶段,还是在后续的演进阶段,均有风力起动和冲击起动的参与,而不是跃移质单一冲击的结果。沙纹有规则的排列主要是贴地夹沙气流周期性脉动的反映,而不是跃移质特性轨迹的重演。     

基于GPR图像的河北昌黎海岸横向沙脊北段沉积构造及其成因

运用探地雷达对河北昌黎海岸带横向沙脊的沉积构造进行探测,通过对探地雷达探测影像进行处理与解译,获得海岸沙丘约20 m深度范围内的海岸横向沙脊沉积构造图像,包括沉积层理的倾向、倾角与平面展布信息等。研究发现,昌黎海岸横向沙脊北段的沉积构造主要由高角度交错层理和波状交错层理组成,两者之间界面应为古海滩沿岸沙坝的顶面。界面以上发育稳定的向SWW倾斜的高角度交错层理,倾角约为30°~32°,为向岸风作用形成的前积层理;横向沙脊的丘顶可见槽状交错层理,可能是沙丘脊顶部沉积作用对风向季节性变化的响应。界面以下波状交错层理发育,为波浪作用形成的海滩沉积构造。结合前人对探测区地层调查以及全新世晚期以来海岸线变迁研究成果综合分析,认为海岸横向沙脊是大约2000 aBP以来,以澙湖海滩沿岸沙坝为基础经长期风力吹扬作用持续增长而发育的风成沙丘。     

古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造及发育模式

在野外调查基础上,应用探地雷达（GPR）对古尔班通古特沙漠东南部植被线形沙丘内部构造进行探测,获取了沙丘内部构造的雷达相图像信息,结合区域自然地理和沙丘形态特征分析,初步探讨植被线形沙丘内部构造的演化模式。结果表明：（1）GPR探测揭示了沙丘地表以下3—5 m深度的浅层构造信息,可识别沙丘中上部和丘顶部位的高倾角、上凸形和楔状交错层理、沙丘中下部和丘间地的低倾角-近水平层理构造,反映了沙丘上部风沙蚀积活动较强烈,而两翼中下部和丘间地以风沙加积为主。（2）从沙漠边缘到沙漠中心,植被线形沙丘浅层沉积构造组合由两坡不对称分布向对称分布变化,沙丘横剖面形态亦由两坡不对称向对称形态同步变化,但未发现沙丘侧向迁移的沉积构造证据。（3）依据不同规模沙丘内部构造变化序列,可将植被线形沙丘演化划分为灌丛沙丘、风影灌丛沙丘、垄状沙链、植被线形沙丘等4个发育阶段。随着叠置灌丛沙丘不断合并融入,线形沙丘宽度和高度持续增大,沙丘顶部风沙活动性增强,高倾角、上凸形、楔状交错层理增多。（4）在沙丘表层3—5 m以下块状层理以及GPR探测信号衰减、图像分辨率变差的成因,应在今后工作中进一步验证。此外,系统阐明研究区植被线形沙丘演化过程,尚需补充更多GPR探测资料并开展年代学研究。     

The airflow field and dynamic processes of pyramid dunes

Dune sedimentary structure and wind tunnel experimental results show that the pyramid dunes on the cliff top surface of Dunhuang Mogao Grottoes are formed under three wind directions (NE, SW and NW); the deformation and separation variety of chain dune. The local air circulation (SW) is key to the development of the pyramid dunes. Analysing the morphological dynamic processes indicates that inherent relations exist between trihedral pyramid dunes and other complex sand dune types (linear, reticulate and polyhedral pyramid dunes). The wind regime of multidirection, in conjunction with the connected main and subsidiary sand ridges, resulted in the geomorphological forms adapted to the near-surface air streams. It is concluded that integrated studies, including sedimentary structures and wind tunnel experiments, can make more efficient contributions to an overall, systematic and thorough understanding of the developmental processes of the pyramid dunes than previously used single-study methods.     

探地雷达在沙漠研究中的应用

目前国内外开展的沙丘形成机理、发育过程的研究多依靠短期的风沙观测分析, 或者对浅层内部构造的取样分析。对于这些研究手段, 难以从三维空间角度对其内部整体构造加以研究, 从而也难以对形成机理、发展变化过程有一个全面的认识。我们利用现代技术在国内率先应用探地雷达开展有关沙丘内部构造和下部古地形的研究工作。研究结果揭示了三垄沙南段的成因主要由风成作用形成, 而与下伏地形无关, 由其内部构造可见三垄沙的形成为典型的在地势平缓地区, 单风向为主作用下形成的新月形沙丘。沙丘的整个内部结构可分为三个区域, 反映了其不同部位的结构特征。同时该研究成果显示应用探地雷达开展有关沙漠内部结构研究是一条非常有效的新途径。     

柴达木盆地察尔汗盐湖北侧沙丘黏性沉积物特征

柴达木盆地察尔汗盐湖周边黏性沉积物被认为是单风向风况条件下线形沙丘和新月形沙丘两类沙丘共存的主要原因。为进一步探究察尔汗盐湖周边沙丘黏性沉积物特征,实地调查采集并测量了察尔汗盐湖北侧新月形沙丘/线形沙丘和丘间地沉积物的粒度特征、盐分含量和纵剖面水分含量变化,以期为明确黏性沉积物对沙丘地貌形成演化影响的研究提供参考。结果表明:丘间地沉积物平均粒径最大约为2.39Φ,新月形沙丘沉积物(2.41Φ)略粗于线形沙丘(2.54Φ)。沉积物以细沙为主(84%),中沙和极细沙含量都很少,丘间地中沙含量略高(18%)。区内沉积物都表现出极好的分选性,线形沙丘沉积物略优于新月形沙丘;丘间地沉积物的可溶性盐含量最高平均约为6.88%,线形沙丘(平均2.78%)明显高于新月形沙丘(平均0.80%);丘间地沉积物水分含量最高,在30cm深垂直范围内约为1.93%。新月形沙丘沉积物水分含量(平均0.12%)在1m深垂直范围内明显低于线形沙丘(平均0.55%)。除黏性沉积物(盐、粉沙和黏土)外,沉积物水分含量的空间差异也是引起沙丘形态发生变化的重要环境要素。