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。     

塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的逆向演变

通过对塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特征、移动特征进行测量,计算出沙丘移动输沙变化,证实该区存在新月形沙丘逆向演变。逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度。高度不饱和风沙流形成于沙垄背风坡底到垄间地中部的加速过程和粗沙地表的作用,从沙垄底部到垄间地中部的粒度变化,风沙流垂直结构都有所反映。新月形沙丘为沙垄背风坡上覆沙丘脱离沙垄而成,高度在2m左右,该区次风向使新月形沙丘宽度减小以及粗沙地表在强弱风交替作用下增加沙丘移动过程中沙丘沙的滞留量都有利于沙丘逆向演变。     

基于CASS和ArcGIS的新月形沙丘属性参数提取

在塔克拉玛干沙漠腹地选取新月形沙丘演变监测区,运用华测X90 GNSS接收机RTK工作模式,获取精度达毫米级的沙丘表面高时空分辨率三维坐标,应用地藉成图软件CASS 9.0和地理信息数据分析软件ArcGIS 10.0对三维坐标数据进行处理,提取新月形沙丘的坡长、坡角、高度、宽度、脊线长度、两翼距离和夹角、体积、表面积和投影面积、坡度坡向等属性信息数据,多期监测数据叠加分析,求算沙丘侵蚀堆积量、移动速度和移动方向等沙丘演变信息。结果表明：在第1次和第2次监测期间,代表性新月形沙丘处于堆积增大状态,堆积量51.4 m³,移动速度16.0 m·a^-1左右,移动方向226°45',沙丘移动方向与主风向NE一致。基于CASS和ArcGIS的新月形沙丘属性参数提取,是量化研究沙丘形态演变过程和位置迁移动态、明确沙丘演变中各属性参数间数值关系的有效途径。     

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)。     

新月形沙丘形态参数与移动速度的关系

在塔克拉玛干沙漠腹地的新月形沙丘演变监测区,运用华测X90 GNSS接收机获取毫米级高时空分辨率三维坐标数据,利用ArcGIS 10.0和CASS 9.0提取新月形沙丘的15个形态参数和移动速度,利用SPSS 21.0对沙丘移动速度与15个形态参数间的数值相关性进行曲线估计分析。结果表明：以移动方向230°为界,沙丘移动速度与移动方向间存在明显的分段线性函数关系;当移动方向为210°~230°时,沙丘移动速度 > 1.5 m/月,移动较快且与主风向NE的下风向方向一致;当移动方向为230°~320°时,沙丘移动速度 ≤ 1.5 m/月,速度较低。沙丘移动速度与沙丘高度之间存在负线性函数关系,沙丘高度每增大1个单位,速度会相应减小2.263个单位,沙丘高度对移动速度的影响较大。移动速度和沙丘走向间存在正的增长函数关系,与沙丘左、右翼走向均呈正线性相关性。研究结果为明确新月形沙丘移动速度的具体影响因素和完善其计算公式提供支持,并对小尺度风沙地貌演变的精确分析有所裨益。     

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。     

Initiation and early development of barchan dunes: A case study of the Moroccan Atlantic Sahara desert

This paper describes field measurements that document the formation of barchan dunes in the Moroccan Atlantic Sahara desert. The first mechanism described is the transformation of patches and proto-dunes at Cap Juby beach to barchan dunes of elementary size. This transformation is discussed in relation to the wind speed and saturation length. The second mechanism is the ejection of small barchans of elementary size by other small barchans in response to the perturbation of the target barchan by two other impacting small barchans. This remote initiation is discussed in relation to the bulk flux transported by the barchan dunes involved in this interaction and to their morphology. Other modes of barchan initiation observed in the field are also presented.     

Temporal patterns of arid-humid transitions in the south-eastern Arabian Peninsula based on optical dating

The Rub Al Khali aeolian system of the Arabian Peninsula is the world's largest erg. While the region is presently hyper-arid, evidence for multiple past humid periods has been documented in previous studies. Radiocarbon dating of lacustrine, travertine and palaeogroundwater deposits suggests that the climate was humid at 10–6 and 35–25 ka. These phases have been associated with summer rainfall increases occurring in tandem with an intensification and northward migration of the monsoon system during Northern hemisphere precessional maxima. Published optical dating studies have focused on preserved sand dune and aeolianite deposits to establish ages for the intervening arid phases. Here we present a summary of this work and additional optical dating results for samples of aeolian sediment from a deep drill core, which provides insights into the style of barchan dune accretion in the Liwa region of the United Arab Emirates. The large dune accreted rapidly during the mid-late Holocene. The results suggest that the transitions from humid to arid conditions and resulting accumulation of aeolian sediment in the form of large bedforms occurred abruptly at around 6 ka. Further aeolian sedimentation has not been constant since that time, with initial gradual dune growth followed by rapid vertical accretion, and possible termination of accumulation around c. 2 ka.     

库姆塔格沙漠羽毛状沙垄风沙活动强度特征

以库姆塔格沙漠腹地的羽毛状沙垄为床面,通过风季实地观测与分析,研究了羽毛状沙垄的近地面风况、粒度特征及风沙流结构等。结果表明:羽毛状沙垄近地面风况具有明显的季节性,冬季盛行东风,其他季节盛行东北风;全年平均风速5.94 m·s-1,大于起沙风频率占总量的46.76%;新月形沙垄粒度变化在1.22～1.86之间,分选较好,垄间沙埂粒度变化在1.35～2.11之间,风选属于中偏差;随着风速的增大,地面以上0—2 cm高度层所含沙量有明显减少的趋势,2—20 cm所含沙量有增加的趋势,0—20 cm所含沙量占总输沙量的92.28%以上;在地面以上0—40 cm高度内,输沙率同2 m高处1 min平均风速为幂函数关系,不同性质的地表对输沙率有较大的影响;羽毛状沙垄的风速变化表现为新月形沙垄和垄间沙埂不同部位气流的增速和减速,风向变化表现为同风场下沙垄与沙埂风向夹角的存在。     

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。     

Cosmogenic Be dating of a sackung and its faulted rock glaciers, in the Alps of Savoy (France)

Sackungs are the largest gravitational deformation observed in mountains. They are characterized by the long-term slowness of the movements, but their mechanism is still not well understood. Nowadays cosmic ray exposure (CRE) dating methods allow dating the morphologic structures involved in sackung and can contribute at the understanding of their origin. In the Alps, the 5.3 km long Arcs sackung initiated during the activity of rock glaciers. Three samples from these faulted rock glaciers provide their first CRE ages and show that at 2000 m elevation these block accumulations moved during the Younger Dryas and stopped in early Holocene. Six ¹⁰Be ages of fault scarps show that the Arcs sackung lasted only a few thousand years and stopped at about 8462 ± 432 ¹⁰Be yr. They also reveal that deformation migrated upslope in agreement with a mechanism of flexural toppling of vertical layers. This unique and long gravitational event, characterized by migration of the deformation, does not support earthquake shaking as triggering mechanism for individual faults. It shows that, in the upper Isère valley, slope deformation was delayed of several thousand years after glacial debuttressing, and is not anymore active despite its fresh morphology.     

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。     

Do swarms of migrating barchan dunes record paleoenvironmental changes? — A case study spanning the middle to late Holocene in the Pampa de Jaguay, southern Peru

Swarms of barchan dunes are common in arid environments. Unlike immobile or slowly moving dunes whose stratigraphy can be used to reconstruct paleoenvironmental changes, the high migration rate of barchans seems to prohibit their use as geoarchives. In this paper, a possible use of barchan swarms for paleoenvironmental reconstructions is presented. The approach is based on dune migration. In a case study based on 500 dunes in the Pampa de Jaguay aeolian transport corridor in coastal southern Peru, middle to late Holocene changes in the supply of aeolian material are inferred from calculating the time of dune initiation at the coastline. Limitations posed by the assumptions underlying this approach are discussed.     

新月形沙丘研究进展

新月形沙丘是最简单且研究较深入的风积地貌,对其研究已有较长的历史。总结和扼要评述国内外对新月形沙丘形态与移动特征、形成条件与过程、流场与蚀积特征、粒度与构造特征及分布与相互作用的研究成果;分析了对其未来的研究趋势。     

库姆塔格沙漠羽毛状沙垄形成机理研究

库姆塔格沙漠像一把扇子覆盖在了阿尔金山山前的倾斜平原上,沙丘类型复杂,而尤以羽毛状沙垄最为独特成为我国独有的沙丘形态。有关羽毛状沙垄形成发育机理研究,近几十年来进展甚微。通过野外观测、高精度航片解译和风洞模拟实验研究,结果表明：羽毛状沙垄形成条件是：①具有广大平坦倾斜的地面。②地表沙物质不甚丰富。③两组相近风向是其形成动力条件。④舌状沙丘是在新月形沙垄形成之后的次一级沙丘形态。二者组合成羽毛状沙垄。羽毛状沙垄形成过程可以归纳为下列图式：新月形沙丘→新月形沙垄→舌状沙丘→羽毛状沙垄。     

青海湖东岸的风沙堆积

风沙堆积和风成沙丘的发育在分布上服从于两条规律, 一条是地带性规律, 即绝大多数沙漠均分布于干旱地区, 或在副热带高压带及其产生的信风带, 或在温带干旱大陆中心, 另一条是非地带性规律, 即在某些非干旱区域如河流、海岸或湖泊的沙质滨岸地带, 只要有一定的风力条件也可形成风沙堆积。     

Field measurement and scaled-down wind-tunnel model measurement of airflow field over a barchan dune

Airflow is measured over a barchan dune in the field and over a scaled-down model in a wind tunnel. The change of the flow speed over the stoss side is represented by the change of speed-up ratio. According to the field measurement, the wind profiles within 0-3m above the stoss can be divided into two segments. The lower segment, about 0.66 m thick, is the inner-boundary layer, within which the friction velocities derived from the wind profiles increase from the upwind inter-dune region to the upper stoss, and then decrease near the dune top. This change, together with the changes of airflow field, speed-up ratio and sand flux, is related to the morphological change and contributes to the stable shape and height of a barchan dune. In the wind tunnel, airflow varies in a similar way as in the field, with the speed-up ratios constantly higher than 1.0 and increasing along the stoss slope. While the segmentation of wind profiles also occurs in the wind tunnel, friction velocities derived from the wind profiles decrease along the stoss, indicating a very thin inner-boundary layer above the wind tunnel model where the detailed wind-speed change becomes difficult to measure using the present instruments.     

图们江下游圈河流域河岸沙丘动态变化

以图们江下游跨国界地区圈河流域河岸沙丘为研究对象,运用遥感与GIS技术,结合遥感影像、地形图等资料,分析该区1984~2015年河岸沙丘空间分布与格局演变,计算河岸沙丘分维值与稳定性指数。结果表明：该区河岸沙丘主要分布在弯曲型河道东岸,呈WNW-ESE向带状展布,面积15.71 km²。近31 a沙丘面积总体呈减少态势,净减少0.09 km²,其中,较少有人类活动的A区,沙丘面积呈减少趋势,减少幅度为8.21%;而受人类活动影响较大的B区,沙丘面积持续增加,尤其近5 a增幅达32%。河岸沙丘分维值虽总体高于内陆沙漠沙丘,但变化不显著,说明河岸沙丘处于相对稳定的发育演化过程中。该研究为图们江下游跨国界地区生态环境可续持发展提供科学依据。     

基于多旋翼无人机倾斜摄影测量的沙丘三维形态研究

无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的新型测量方法,具有高效率、高精度、非接触、大范围等优点。本研究采用多旋翼无人机,结合精确测定的地面控制点,实现了对新月形沙丘群三维形态的精确测量。结果表明：无人机倾斜摄影测量的均方根误差小于18 mm,可以满足大比例尺地形测量的要求。利用该技术获取的多种测量参数表明,新月形沙丘二维与三维形态之间存在良好的相关性,基于这些关系,可以实现二维遥感影像量测结果向沙丘高度、沙丘体积等三维参数的转换。沙丘剖面形态可以采用非线性函数精确描述,为沙丘形态精确建模提供了参考。无人机倾斜摄影技术获取的沙丘三维形态参数,对于深入认识沙丘形态动力过程具有重要参考价值。     

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。