腾格里沙漠北缘沙丘粒度特征及区域差异分析

以腾格里沙漠北缘沙丘为研究对象,选取不同形态的沙丘类型,进行系统的野外地貌调查,沙丘形态测量和沙丘沉积物粒度分析,研究了腾格里沙漠北缘沙丘的粒度特征以及空间变化规律.结果表明,沙丘沉积物主要由细沙和中沙组成,细沙含量为63.92%,中沙含量为32.82%.平均粒径为2.20Φ,分选系数为0.40~0.68,属于分选好和分选较好的范围.沙丘断面粒度曲线显示,沿主导风向背风坡和迎风坡沉积物粒度呈现微弱变细的规律,且沙丘高度与平均粒径具有较好的正相关性.说明腾格里沙漠北缘沙物质的粒度特征在空间上表现为从物源区向沉积区沉积物颗粒变细、分选性变好的规律.将腾格里沙漠北缘、孟根布拉格和乌力吉苏木3个沙区样品对比,从南向北沿纬度方向沙丘粒度组成中沙、粗沙和极粗沙含量呈现增加的趋势,细沙和极细沙含量呈现减小的特点.以新月形沙丘和沙垄为例,从南向北沿纬度方向新月形沙丘和沙垄同样具有粗沙含量增加,细沙含量减少,平均粒径变粗的趋势.以上变化表明,植被、风况、沙丘高度是控制沙丘形态及粒度变化的重要因素.     

新月形沙丘表面流场的数值模拟

利用商用CFD流体计算软件FLUENT,对新月形沙丘流场进行数值模拟,得到沙丘表面气流结构;分析了迎风坡气流加速、背风坡回流区长度与沙丘高度、来流风速之间的关系。结果表明:沙丘高度是影响迎风坡气流加速的主要因素,沙丘高度越高,迎风坡气流加速越大,而来流风速对迎风坡气流加速的影响与沙丘高度比较,是小量可以忽略不计;回流区长度与沙丘高度的比值随着高度的增加而增加。     

古尔班通古特沙漠侵蚀型新月形沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征的环境意义

在全球变暖和生态保护的背景下，古尔班通古特沙漠风沙活动强度减弱，多数沙丘长期处于侵蚀状态。选取沙漠西部呈侵蚀状态的、不同发育阶段的固定新月形沙丘，采集表层砂样进行粒度与石英砂表面微结构分析，结果显示：(1)沙丘表层砂细砂占比达50%以上，平均粒径范围2.03～2.88Φ,分选性较好、近对称偏度、中等峰度，迎风坡粒度参数多呈不规则变化，丘顶平均粒径最粗；随着沙丘形态成熟、规模增大，表层砂粒级组分波动范围增大、平均粒径变粗、分选性变差；(2)沙丘砂石英颗粒磨圆度普遍较差且有多种原生环境的结构特征，反映物质来源复杂多样，砂物质虽经风力搬运再堆积，但因沙丘的流动性不佳、再搬运距离受限，因此风成砂保存了较多原生环境的作用痕迹；(3)研究区沙丘表层砂粒度与石英砂微结构特征具有侵蚀型沙丘的独特性和植被覆盖影响下的特殊性，粒度参数呈现不规则变化的同时，植被覆盖削弱了不同规模沙丘之间粒度特征的差异，也导致石英砂磨圆度较差、原生作用痕迹丰富。     

通湖山以南至沙坡头一带沙丘粒度特征分析

通湖山以南至沙坡头一带沙丘表面沉积物的系统采样分析结果表明,不同类型沙丘表面粒度参数特征不同,不同地貌单元下沙丘粒度参数特征也存在较大的差异.首先对该区格状沙丘和新月形沙丘粒度参数间的关系进行探讨,其次对不同地貌单元下沙丘粒度参数间的相互关系进行系统的分析.研究结果表明,不同类沙丘和不同地貌单元下沙丘的粒度参数特征都具有相应的变化规律,格状沙丘基部较粗,而丘顶较细,新月状沙丘基部和顶部沙粒较粗,而沙丘中部颗粒较细.不同地貌单元下,沙丘地主体丘顶区域粒径细于两侧,黄河两岸丘顶区域粗于两侧,以上规律源于物源、风况及沙丘形态的共同作用.     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

库姆塔格沙漠各沙丘类型沙粒粒度分析

通过两次野外实地调查取样和室内分析,结果表明:库姆塔格沙漠中沙丘形态丰富多样,金字塔(星形)沙丘、线形沙垄、格状沙丘、羽毛状沙丘在这里都有分布。组成金字塔(星形)沙丘、线形沙垄、格状沙丘、羽毛状沙丘羽轴的沙粒0.25~0.063mm颗粒占到绝大多数,其次是0.5~0.25mm和1~0.5mm的颗粒,形成羽毛状沙丘羽枝的颗粒在暗带以2~0.5mm的颗粒为主,在明带以0.5~0.063mm的颗粒为主,各沙丘沙粒的分选性较好。由于各自形成地形、气候等条件的差异,各沙丘类型沙粒粒径在沙丘不同部位都各自的特点。金字塔沙丘东北坡沙粒粒径从顶部到基部保持一致,南坡和西北坡从顶部到基部沙粒逐渐变粗;线形沙垄除西南坡基部较粗外,其它部位沙粒粒径分布一致;格状沙丘格子外部坡面沙粒相对格子内部坡面的同一部位沙粒要粗;新月形沙丘基部和顶部沙粒较粗,而中部颗粒较细;羽毛状沙丘"羽轴"沙粒分布与新月形沙丘相似,"羽枝"由较粗和较细沙粒含量高低间隔分布形成。     

河北昌黎海岸沙丘粒度参数特征的风沙环境意义

海岸带的风沙活动规律是沙质海岸演变研究的重要内容。文章以中国温带季风区昌黎翡翠岛沙丘海岸作为研究区,对不同地貌单元表层沙粒度参数及其反映的风动力时空变化特征进行系统分析。在此基础上,以风沙沉积剖面的OSL年龄作为时间标尺,以风成沙平均粒径作为风力强度的代用指标,提取海岸风沙沉积记录的风力强度变化序列,为海岸风沙治理及保护管理提供科学依据。结果表明:(1)研究区沙丘沙具有典型的风成沙特征,表层沙样以横向沙脊沙平均粒径最大,而横向沙脊表层沙样又具有自丘顶向两侧坡脚粗化的趋势,分选程度由迎风坡向背风坡逐渐变好;(2)各个探坑剖面的粒度参数均呈现出较为明显的波动变化,其中丘间地剖面粒度参数变化幅度整体上大于横向沙脊剖面;(3)近200 a来,海岸风沙平均粒径指示的冬季风盛衰变化历史可以划分为1760—1820 AD(冬季风强度整体较弱)、1821—1900 AD(冬季风相对强盛)和1901AD至今(冬季风活动波动减弱)三个阶段。     

基于差分GPS测量数据的抛物线沙丘形态特征研究

以新疆伊犁塔克尔莫乎尔沙漠沙丘为研究对象,运用差分GPS接收机Trimble5700及随机软件的数据分析功能,结合区域风况、植被等自然条件对所选样方沙丘的形态进行了测量和统计分析.结果表明:所研究沙丘的平面形态为U形、开口面向西侧来风方向,弧顶顺风向东凸出,沙丘长轴走向与当地合成风向一致;在纵剖面上,弧顶沙丘坡度呈现迎风坡较缓、背风坡较陡;风蚀洼地和迎风坡上部风蚀特征明显.沙丘形态特征显示,沙漠北部和中部抛物线沙丘发育时间较长,南部沙丘大多处于幼年期阶段.差分GPS测量及其后台数据处理技术是现代风沙地貌形态和动力过程研究的重要手段.     

塔克拉玛干沙漠高大沙垄区垄间地沿主风向连续分布新月形沙丘表面沙粒粒度特征

以塔克拉玛干沙漠高大沙垄区垄间地防沙治沙工程下风向沿主风向连续分布的4个新月形沙丘为研究对象,研究了沙丘表面不同部位表层沙粒粒度特征,明确防沙治沙工程对沙丘表面沙粒粒度的影响,揭示沙丘表面沙粒粒度空间分布规律.主要结论：防沙治沙工程对于风沙环境的影响是显著的,表现为在防沙治沙工程影响区范围内沙丘表层沙粒明显细化.本文的相关研究结果将为阐明类似人为扰动条件下沙丘表面气流场和沙粒运移规律提供基础数据.     

正弦形沙丘背风坡回流区特性研究

利用开源计算流体力学软件OpenFOAM的标准k-ε湍流模型,对沙丘表面流场进行数值模拟,获得了距沙丘表面不同高度的流场速度分布曲线,考察了沙丘背风坡回流区特性受沙丘高度和宽度的影响,分析了回流区形成的原因。结果表明:沙丘高度较低时,在背风坡贴近沙丘表面的区域气流速度先降低后增加;随着沙丘高度的增加,背风坡气流速度降低更为迅速,气流不稳定,出现回流区。研究还发现:在沙丘宽度或高度一定的情况下,随着宽高比的增加,回流区尺度减小;回流区尺度不仅取决于宽高比,还取决于沙丘宽度与高度的数值。沙丘背风坡回流区萌生时,贴近沙丘表面出现一系列小涡,减小沙丘宽高比,涡的尺度增大、强度增加,演变为回流区。     

Structural variations of sand-bearing airflow over dune at southeastern fringe of Tengger Desert

From the analytical results of observed data onsand transport rates at different positions of dune surface atsoutheastern fringe of Tengger Desert, it has been found thatthe vertical distribution of blown sand flux exhibits a no-ticeable variation when sand grains move upslope anddownslope of dune surface under the action of wind force.Within the height of 20 cm above the sand surface, the verti-cal distribution of mass flux at different positions from toe todune crest of stoss slope of sand dunes coincides with a singleexponentially decaying law; while the vertical distribution ofmass flux over the lee slope occurs as two variable zones,with the height of 8--12 cm as the dividing line, the sandtransport rate below this height exponentially decreases withincreasing height, but above this height decreases in a powerfunction law. On the stoss slope, the relative sand transportrate in the upper layer of sand flow tends to decrease withthe increasing wind velocity and the total sand transport ratetowards the dune crest due to the shortened trajectory lengthof saltation sand grains moving upslope. On the lee slope, theincrease in lift-off height and trajectory length of saltationsand grains moving downslope leads to the increase in rela-tive sand transport rate in the upper layer of sand flow.     

塔里木石油公路沿线全新世风沙地貌形成演化的初步研究

本探讨了新疆塔里木石油公路沿线全新世风沙地貌类型、发育条件、动力特征和演化历史。研究表明，公路沿线发育多种典型风沙地貌类型。在新月形沙丘的迎风坡，风速和输沙率向上坡增加，背风坡存在涡旋，促使迎风坡风蚀背风坡加积，以至整个沙丘向前的动量得以维持。在线性沙丘表面，沙粒沿着合成输沙方向呈曲折摆动式纵向输移，而在背风坡以显的侧旁气流和沙物质的侧向输移为特征。全新世以来，由于近地面东北风系中偏N风力减弱，偏E风力加强，因此沙漠腹地叠置沙丘落沙坡方位向西偏转。沙漠边缘河流作用与风力作用的相互消长对风沙地貌的形成演化影响巨大，而沙漠腹地风信条件和自然环境表现出相对稳定性。     

包兰铁路沙坡头段防护体系近地面流场特征

基于地形和流场实测，研究了包兰铁路沙坡头段铁路防护体系近地面流场沿NNW-SSE方向的变化．结果表明，由于地形变化以及人工植被和草方格的存在，防护带内等风速线沿风向呈逐渐变疏和抬高的趋势，各高度的风速总体上呈递减趋势，风速放大率为负；沙丘迎风坡风速放大率为正，流动沙丘迎风坡风速放大率高于固定沙丘迎风坡．沙丘背风坡2．5m高度内风速放大率总体为负．防护带内的固定沙丘背风坡气流通体减速，各高度的风速放大率全部为负，平均为一1．48％／m．防护带内地表空气动力学特征发生变化，其中沙丘迎风坡地表风速廓线接近于对数率；人工植被带地表空气动力学粗糙度显著高于流沙区．     

Earth-like sand fluxes on Mars

Strong and sustained winds on Mars have been considered rare, on the basis of surface meteorology measurements and global circulation models, raising the question of whether the abundant dunes and evidence for wind erosion seen on the planet are a current process. Recent studies showed sand activity, but could not determine whether entire dunes were moving--implying large sand fluxes--or whether more localized and surficial changes had occurred. Here we present measurements of the migration rate of sand ripples and dune lee fronts at the Nili Patera dune field. We show that the dunes are near steady state, with their entire volumes composed of mobile sand. The dunes have unexpectedly high sand fluxes, similar, for example, to those in Victoria Valley, Antarctica, implying that rates of landscape modification on Mars and Earth are similar.     

The sedimentary structure of linear sand dunes

Linear sand dunes--dunes that extend parallel to each other rather than in star-like or crescentic forms--are the most abundant type of desert sand dune. But because their development and their internal structure are poorly understood, they are rarely recognized in the rock record. Models of linear dune development have not been able to take into account the sub-surface structure of existing dunes, but have relied instead either on the extrapolation of short-term measurements of winds and sediment transport or on observations of near-surface internal sedimentary structures. From such studies, it has not been clear if linear dunes can migrate laterally. Here we present images produced by ground penetrating radar showing the three-dimensional sedimentary structure of a linear dune in the Namib sand sea, where some of the world's largest linear dunes are situated. These profiles show clear evidence for lateral migration in a linear dune. Moreover, the migration of a sinuous crest-line along the dune produces divergent sets of cross-stratification, which can become stacked as the dune height increases, and large linear dunes can support superimposed dunes that produce stacked sets of trough cross-stratification. These clear structural signatures of linear dunes should facilitate their recognition in geological records.     

毛乌素沙地沙柳人工林最优平茬周期的确定

摘要 针对毛乌素沙地沙柳人工林衰退问题,从防风固沙角度探讨沙柳林最佳平茬周期,为今后平茬作业提供理论依据。以毛乌素沙地丘间低地沙柳人工林为研究对象,测定平茬后不同林龄沙柳林林内粗糙度和风速廓线与林后沙丘迎风坡粗糙度,分析确定出兼顾沙柳特殊平茬生态学特性和防风固沙效益的最佳平茬周期。试验结果表明：沙柳在平茬后第4a,林内粗糙度呈现最大值,地表比较稳定,之后开始出现下降趋势;沙柳林林后沙丘迎风坡的粗糙度在平茬后初期,地表粗糙度低于起沙时粗糙度,易发生风蚀现象,之后随着沙柳的生长,平茬后第3a开始,林后7H（H为沙柳平均高度）内地表粗糙度均大于起沙时粗糙度,沙柳林对林后迎风坡防护效果较好,而4a后,沙柳林防风能力下降,地表粗糙度下降,地表抗风蚀能力减弱。研究得出沙柳林最优的平茬周期为4年。     

塔克拉玛干沙漠西北边缘的风沙环境与沙漠演变

在实地考察和遥感判读的基础上，本分析了塔克拉玛干沙漠西北边缘风沙地貌发育的自然地理条件，探讨了区域风沙地貌类型及其分布规律，以及风沙活动特征与沙丘移动规律、风沙地貌的发育与演变过程。本区主要发育新月形沙丘及复合新月形沙丘链、复合型纵向沙垄、鱼鳞状沙丘群，沙丘的形态组合与分布规律、发育过程和运动状态受区域风向变化和自然地理条件的综合影响。研究区风沙主要来源于各大河流搬运的沉积物，在干燥气候条件下由风力吹扬、搬运再堆积“就地起沙”形成现代风沙地貌。综合分析各种地质记录表明，本区域沙漠是中更新世以来形成的，历史时期土地沙漠化进一步发展。     

塔克拉玛干沙漠简单横向沙丘形态学示量特征

通过对塔克拉玛干沙漠不同区域发育的简单横向沙丘的形态学示量特征分析，表明简单横向沙丘的形态特征与沙源的供应有十分密切的关系，沙源的不同丰度导致简单横向沙丘的形态学参数之间有明显的不同，简单横向沙丘在发育过程中并不存在稳定的平衡状态，可能随沙源供应的改变其形态有所改变，而次生的横向沙丘由于主体沙丘对其有足够的沙源供应，因而形态可以得到充分发展，沙丘形态参数的统计数据表明，在简单形新月形沙丘-简单形横向沙丘-沙丘复合体的发展模式中，随沙源供应的增加，沙丘发育时间系列的延长以及其他因素如：风环境、植被等因素的作用，沙丘形态参数之间很难有确切的关系表达式。     

Field evidence for surface-wave-induced instability of sand dunes

Field studies of barchans--crescent-shaped dunes that propagate over solid ground under conditions of unidirectional wind--have long focused on the investigation of an equilibrium between sand transport by wind and the control of air flow by dune topography, which are thought to control dune morphology and kinematics. Because of the long timescale involved, however, the underlying dynamic processes responsible for the evolution of dune fields remain poorly understood. Here we combine data from a three-year field study in the Moroccan Sahara with a model study to show that barchans are fundamentally unstable and do not necessarily behave like stable solitary waves, as suggested previously. We find that dune collisions and changes in wind direction destabilize the dunes and generate surface waves on the barchans. Because the resulting surface waves propagate at a higher speed than the dunes themselves, they can produce a series of new barchans of elementary size by breaking the horns of large dunes. The creation of these new dunes provides a mechanism for sand loss that prevents dune fields from merging into a single giant dune and therefore plays a fundamental role in the control of size selection and the development of dune patterns.     

半干旱区小城镇周边沙丘水分的时空变化——以乌审旗达布察克镇为例

水分是影响干旱区沙丘植被分布、生长和生存的关键因素.以内蒙古自治区乌审旗达布察克镇周边8km范围为研究区域,对不同类型沙丘的土壤水分进行连续观测,研究城镇周边沙丘土壤水分时空动态变化规律.结果表明:研究区沙丘土壤含水量时间变化分为春季积累期、水分消耗期、秋季积累期、稳定期4个阶段.在空间分布上,不同沙丘土壤含水量大小表现为:流动沙丘半固定沙丘固定沙丘(纯蒿)固定沙丘(柳蒿混生);沙丘土壤水分垂直变化可分为土壤水分速变层、土壤水分活跃层和土壤水分相对稳定层3个层次;从沙丘地形部位看,丘间低地地下水位高,而背风坡土壤含水量接近植物凋萎系数.