青藏线伏沙梁段风沙危害及其防治

伏沙梁地段的主要风向为WNW、W、NW和NE,8~15m/s的起沙风在3~8月盛行,风沙流运动呈摆动式,4月份风沙活动最强烈,合成风向为WNW,其合成输沙量为9.970 m³·a^-1·m^-1。当地以12 m/s、13 m/s两风速的输沙量最大,分别为2.556 m³·a^-1·m^-1和2.538 m³·a^-1·m^-1。纵向沙垄年前移量为2~5 m,沙垄脊线向南偏移,年偏移量为0.2~0.5 m。阻固结合的工程措施是当前采用的最有效措施。     

塔里木沙漠公路沿线机械防沙体系效益分析

野外实测和室内风洞实验的数据分析表明,塔里木沙漠公路沿线高立式沙障和半隐蔽式沙障发挥了较大的防沙效益,平沙地上高立式沙障的防护距离在18H左右。3种高立式沙障防沙效益各不相同,以芦苇栅栏最佳,抗紫外线尼龙网栏次之,白尼龙网栏最差。随设置路段、地貌部位、风沙活动强度不同,各种高立式沙障使用年限有差异。沙漠腹地半隐蔽式沙障的掩埋速度为2.0~14.4m·a^-1左右,并随时间推移有一个加速的过程。     

库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风沙运动特征

风沙地貌发育受控于近地表风沙运动,目前这一领域的研究较多关注短时期内（几分钟至几小时）、单一方向（正对主风向）的风沙流结构特征,结果难以与长期的地貌过程联系起来。为此,我们采用八方位四层梯度集沙仪,于2014年5月至2015年5月,在库姆塔格沙漠北部三垄沙地区进行了一个完整年度的风沙运动观测。经过6个时段的连续观测,获取了不同方向、不同高度的192个运动沙粒样品。结果表明：（1）近地表1 m高度内,收集的样品总质量为405.2 kg,其中约75.3%集中在近地表0~0.2 m,反映了近地表输沙特征。（2）平均输沙率为55.2 kg·m^-1·d^-1,风沙运动的风向以北风、东北风和西北风为主;不同季节差异明显,春季输沙率最大,是年均输沙率的2.5倍,夏季次之,冬季最小。（3）年度平均输沙通量廓线（风沙流结构）呈指数函数递减趋势,部分通量廓线出现了戈壁风沙流的"象鼻效应"。（4）平均净输沙率1.159 kg·m^-1·d^-1,随高度增加呈递减趋势,合成输沙方向为193.2°;不同时段净输沙率随高度的变化基本与全年一致,合成输沙方向随高度增加有从东北向北偏的趋势。综上所述,该区域输沙强度以春季最为强烈,输沙方向以N、NE和NW方向为主,且春、夏两季节分别有一个次输沙方向,为S方向。本研究对于深入理解三垄沙地区风沙运动特征和揭示库姆塔格沙漠沙物质来源有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治

塔克拉玛干沙漠公路447 km路段穿越新月形沙丘与沙丘链、复合横向沙垄以及高大复合纵向沙垄区,风沙危害极为严重,被誉为“世界公路建筑的奇迹”。为解决沙漠公路风沙防护体系构建的一系列科学与技术问题,沙漠学界随之开展了风沙运动规律,风沙危害的成因、强度、时空分异及其机械、化学、生物防治的理论与应用研究。本文对风沙危害及其防治研究的主要内容及研究进展进行了全面总结,认为塔克拉玛干沙漠公路风沙危害与防治的理论研究成果与实践应用水平取得突破性进展。     

塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明:垄间平地路段高立式沙障可以在2～3年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低;垄间新月型沙丘(链)路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度,使体系外沙丘遇高立式沙障后顺高立式沙障方向移动,但最终能越过高立式沙障进入体系内;在垄间线形沙丘分布路段,丘体附近的高立式沙障在2～3年内既被埋没,其他地段的高立式沙障设置4～5年后才能被埋没.     

塔里木沙漠公路不同地貌部位的产式沙障阻沙特征

对塔里木沙漠公路不同地貌部位的高立式沙障的阻沙效果分析表明：垄间平地路段高立式沙障可以在２￣３年内有效阻止防沙体系外的沙子进入体系内,不但能有效阻止体系外风沙流进入体系内,而且降低了体系外沙丘移入体系内的速度;垄体、垭口和过渡区路段的高立式沙障,仅在短时间内有效阻止体系外风沙流进入体系内,不能使体系外沙丘移入体系内的速度降低;垄间新月型沙丘（链）路段的高立式沙障能明显降低体系外沙丘移入体系内的速度     

塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

包兰铁路沙坡头段防护体系内的风沙沉降规律

对沙坡头铁路防护体系内的风沙沉降进行了断面观测,据此分析了沉降速率、粒度组成和物源的时空变化规律。结果显示：防护体系前沿流沙区、防护距离50～300 m的植被区和300 m以外的植被区风沙沉降速率分别为108.6、17.1 kg·m^-2·a^-1和1.5 kg·m^-2·a^-1。随防护距离增大,沉降颗粒逐渐变细,分选变差,跃移组分含量逐渐减少而悬移组分含量逐渐增大,沉降来源逐渐由前沿流沙区近地面风沙运动颗粒转变为以大气降尘为主的悬移颗粒。年内风沙沉降的高峰期为3-5月,6-8月沉降减弱,9月至次年2月风沙沉降最弱,3个阶段内防护体系植被区月均沉降量分别为0.59、0.10 kg·m^-2和0.04 kg·m^-2。3-5月风沙沉降以上风向邻近区域的风蚀起沙为主,6-8月较远源的大气降尘相对增加而上风向邻近区域的风蚀起沙相对减少,9月至次年2月风沙沉降物源以大气降尘为主。     

陕北风沙过渡带植被净初级生产力变化特征及原因

基于光能利用率原理,采用CASA（Carnegie-Ames-Stanford-Approach）模型,实现了2000—2014年陕北风沙过渡带地区植被净初级生产力（NPP）估算,对该地区NPP时空变化以及驱动机制进行了定量化分析。结果表明：（1） 2000—2014年陕北风沙过渡带NPP为6.71×10¹²gC·a^-1,单位面积值为202.57gC·m^-2·a^-1,受地貌和气候特征影响,植被空间异质性强,黄土区植被明显优于风沙区;（2）近十几年来该区域植被得到明显改善,NPP总体增速为10.98gC·m^-2·a^-1（R=0.85,P<0.01）,植被增速存在空间差异,东南部的黄土区植被增长较快,西北风沙区植被增长较慢;（3）2000—2014年,降水、气温和辐射与NPP的相关系数分别为0.54（P<0.05）、-0.25、0.35,三者对植被增长的贡献量分别为3.95、0.71、2.75gC·m^-2·a^-1。这说明降水是气候因素中影响陕北风沙过渡带植被变化的主要因素;（4）近15年的植被恢复过程中,气候和人类活动都是重要的驱动因素,气候因子对植被增长的贡献更大,相对作用达到67.49%。区域内部,不同地区植被的主要驱动源存在差异,东部地区植被受气候因子主导,西部地区植被受人类活动主导。     

风沙危害防治的主要工程措施及其机理

对风沙危害防治的主要工程措施及其物理机理进行了深入研究,从理论上得出格状沙障内最大风蚀深度与方格边长之间的解析关系,利用流体力学理论计算了不同草头高度h₀所对应的最大间距L_max,得出格状沙障中心沙粒的起动风速随沙障规格和深宽比h/L的增加而减小,建立了栅栏下风侧风速为来流风速的百分率与栅栏下风向距离的关系,并对不同孔隙度尼纶网栅栏的风沙阻导效应、直立植物及戈壁砾石覆盖防沙措施的粗糙特征、化学工程固沙措施等进行了广泛研究。通过对已有研究成果的综合评述,剖析了风沙工程学面临的主要问题与任务,指出与生态环境治理、资源开发及可持续发展问题紧密结合,是风沙危害防治研究发展的方向,并亟待加强与生态环境恢复-资源高效开发一体化的风沙危害防治措施的理论研究与技术示范。     

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.     

新月形沙丘与线性沙丘共存区域风况特征

与火星类似,柴达木盆地的新月形沙丘和线性沙丘共存现象引起了众多学者的关注。为探究该现象的发育环境和形成条件,以全球典型新月形沙丘和线性沙丘共存区域为研究对象,选取研究区域附近气象站点3a风速、风向数据,分析这些典型区的风况特征。结果表明:不同的新月形沙丘与线性沙丘共存区域,风速存在明显差异,柴达木盆地和塔克拉玛干沙漠共存区域年平均风速和最大风速均小于沙特阿拉伯沙漠和撒哈拉沙漠;起沙风风向控制沙丘走向,多数共存区域全年起沙风风向较单一,部分区域存在明显的主次风,且主次风风向夹角为锐角;新月形沙丘和线性沙丘可共存于在高、中、低风能环境,中、低风向变率锐双峰或宽单峰风况,沙丘发育受风能环境影响较小,可能受风向变率、下垫面和沙源供应影响大;合成输沙势方向与沙丘走向一致且季节变化小,输沙方向稳定。部分气象站点距离研究区较远,对于研究区的风况指示意义有限。     

Variable vegetation cover and episodic sand movement on longitudinal desert sand dunes

Longitudinal (linear) sand dunes of the Simpson and Strzelecki dunefields in eastern central Australia present a paradox. Low levels of activity today stand in contrast to luminescence dating which has repeatedly shown deep deposits of sand on dune crests dating to within the late Holocene. In order to investigate the nature of dune activity in the Simpson–Strzelecki dunefield, vegetation and sand mobility were investigated by detailed vegetation survey and measurement of rippled area and loose sand depth of dunes at three sites along a climatic gradient. The response of both vegetation and sand movement to inter-annual climate variability was examined by repeat surveys of two sites in drought and non-drought conditions. Projected plant cover and plant + crust cover were found to have inverse linear relationships with rippled area and the area of deep loose sand. No relationship was found between these measures of sand movement and the plant frontal area index. A negative exponential relationship between equivalent mobile sand depth on dune surfaces and both vascular plant cover and vascular + crust cover was also found. There is no simple threshold of vegetation cover below which sand transport begins. Dunes with low perennial plant cover may form small dunes with slip faces leading to a positive feedback inhibiting ephemeral plant growth in wet years and accelerating sand transport rates. The linear dunefields are largely within the zone in which plant cover is sufficient to enforce low sand transport rates, and in which there is a strong response of vegetation and sand transport to inter-annual variation in rainfall. Both ephemeral plants (mostly forbs) and crust were found to respond rapidly to large (> 20 mm/month) rainfall events. On millennial time-scales, the level of dune activity is controlled by vegetation cover and probably not by fluctuations of wind strength. Land use or extreme, decadal time-scale, drought may destabilise dunes by removing perennial plant cover, accelerating wind erosion.     

高立式阻沙网的阻沙效果对比

设计了高120cm的4种结构HDPE阻沙网：均匀结构阻沙网（a）、大条带上疏下密式阻沙网（b,60cm宽条带）、小条带疏密相间式阻沙网（c,20或10cm宽条带）和中条带上密下疏式阻沙网（d,40cm宽条带）,布设在塔克拉玛干沙漠腹地的垄间平地。阻沙试验结果表明：（1）4种结构阻沙网积沙纵断面的蚀积形态均呈单峰,但积沙宽度和高度不同,3种非均匀结构的阻沙网积沙高度均高于均匀结构阻沙网,积沙高度c> b> d> a。（2）4种结构阻沙网积沙量c> a> b> d,积沙量均集中在下风侧分布,但b和c阻沙网积沙在上风侧的积沙量高于a和d阻沙网。（3）不同结构阻沙网积沙量及其空间分布差异主要与阻沙网结构的特殊风场结构有关。     

塔里木沙漠公路风沙危害分异规律的研究

从塔里木沙漠公路风沙危害的影响因素入手,分析了公路沙害水平分异和垂直分异的原因,并给出相应的分异规律。公路沙害的水平分异是在不同风沙地貌背景上不同的风力及组合综合作用的结果,同时受人为因素对防沙体系设置的影响;公路沙害的垂直分异通过不同地貌部位体现出来,它是由地形地貌对风动力、有效沙物质量、公路断面形式和防沙体系防护作用等因素的分异作用来实现的。     

Limited change in dune mobility in response to a large decrease in wind power in semi-arid northern China since the 1970s

The climatic controls on dune mobility, especially the relative importance of wind strength, remain incompletely understood. This is a key research problem in semi-arid northern China, both for interpreting past dune activity as evidence of paleoclimate and for predicting future environmental change. Potential eolian sand transport, which is approximately proportional to wind power above the threshold for sand entrainment, has decreased across much of northern China since the 1970s. Over the same period, effective moisture (ratio of precipitation to potential evapotranspiration) has not changed significantly. This “natural experiment” provides insight on the relative importance of wind power as a control on dune mobility in three dunefields of northern China (Mu Us, Otindag, and Horqin), although poorly understood and potentially large effects of human land use complicate interpretation. Dune forms in these three regions are consistent with sand transport vectors inferred from weather station data, suggesting that wind directions have remained stable and the stations adequately represent winds that shaped the dunes. The predicted effect of weaker winds since the 1970s would be dune stabilization, with lower sand transport rates allowing vegetation cover to expand. Large portions of all three dunefields remained stabilized by vegetation in the 1970s despite high wind power. Since the 1970s, trends in remotely sensed vegetation greenness and change in mobile dune area inferred from sequential Landsat images do indicate widespread dune stabilization in the eastern Mu Us region. On the other hand, expansion of active dunes took place farther west in the Mu Us dunefield and especially in the central Otindag dunefield, with little overall change in two parts of the Horqin dunes. Better ground truth is needed to validate the remote sensing analyses, but results presented here place limits on the relative importance of wind strength as a control on dune mobility in the study areas. High wind power alone does not completely destabilize these dunes. A large decrease in wind power either has little short-term effect on the dunes, or more likely its effect is sufficiently small that it is obscured by human impacts on dune stability in many parts of the study areas.     

沙漠人工植被区土壤呼吸初探

2003年9月底,在沙坡头铁路北面的1956年、1964年、1981年和1987年始植的人工植被区和流动沙丘的迎风坡,分别在阴天、晴天和雨后用CI301SR测定土壤呼吸速率,结果表明:土壤呼吸速率在各样地间、日期间和互作均达到极显著水平;尤其是雨后样地间的差异非常明显。1956年始植、1964年始植、1981年始植、1987年始植样地和流沙不同天气状况下的平均土壤呼吸速率分别为-0.1537μmol·s^-1·m^-2、-0.0995μmol·s^-1·m^-2、-0.0583μmol·s^-1·m^-2、-0.0754μmol·s^-1·m^-2和-0.0336μmol·s^-1·m^-2;阴天、晴天和雨后不同样地的平均土壤呼吸速率分别为-0.0342μmol·s^-1·m^-2、-0.0778μmol·s^-1·m^-2和-0.1403μmol·s^-1·m^-2。在沙漠人工植被区,影响土壤呼吸的主要因子是水分,其次是温度与植物群落类型和发育阶段。     

塔克拉玛干沙漠沙垄区公路防护带内风场特征研究

塔克拉玛干沙漠公路是世界上穿越流沙区最长的公路,公路两侧防沙治沙工程体系是公路正常运行的关键因素。以塔克拉玛干沙漠沙垄区的公路防护林带为研究对象,结合野外地形测量、防护工程调查以及风沙数据观测,分析沙垄不同地貌部位防护林带内气流特征,揭示防护林带内风场变化规律,探讨不同地貌部位防护林带的防护效果。主要结论是:①垂直于公路的防护林带断面风场存在3个区(防护林带前部风速迅速降低区、防护林带中部风速低值区、防护林带工程后部风速恢复区),气流穿过公路路面时风速呈增大趋势,利于公路防护;②现有防护林带具有较好的防护效果,相对于防护林带上风向流沙区的风速,防护林带中部风速降低幅度在80%以上,多数断面在林带前缘10H后（H为植株平均高度）风速降低至最小;③沙垄不同地貌部位的工程防护效益存在显著差异,迎风坡底部防护效果最好,迎风坡中部防护最差。其研究结果可为塔克拉玛干沙漠公路防沙治沙工程体系优化提供科学依据。     

新月形沙丘表面风速廓线与风沙流结构变异研究

在风沙地貌学中,跃移沙粒与风场的耦合作用下,其最直观的表现形式为风速廓线和风沙流结构的变异。通过对塔克拉玛干沙漠腹地新月形沙丘迎风坡坡脚、沙丘顶部、沙丘的两个兽角前端、沙丘背风坡坡脚5个典型部位的风速廓线和风沙流结构进行了实地观测,并与参照点（丘间粗沙地）的风速廓线和风沙流结构进行了对比。发现受地形扰动作用,沙丘背风坡坡脚处和沙丘的两个兽角前端的风速廓线形式均呈现非对数形式分布。除迎风坡坡脚处风沙流结构与参照点处相似之外,其余各个部位风沙流均表现出不同于参照点的结构形式。直接采用曲线拟合方法对风沙流结构函数进行拟合,并针对有明显分段现象的风沙流结构形式,采取分段拟合,并对造成风速廓线和风沙流结构变异的原因进行了讨论。