塔克拉玛干沙漠地下水十大问题与展望:基于60年来的水文地质调查研究成果

【研究目的】系统总结近60年来塔克拉玛干沙漠地下水的调查研究成果,从地下水补给排泄、地下水水质与地下水循环等三方面总结主要的成果与认识,指出目前调查研究的不足之处和需要解决的十大问题,展望下一步的工作方向与重点任务。【研究方法】通过系统收集塔克拉玛干沙漠地下水相关的调查报告、学术论文,结合国内外其他沙漠区的最新研究成果,从地下水水量、水质及地下水循环等方面梳理调查研究进展。【研究结果】沙漠地下水的主要来源是绿洲区地下水侧向补给、降水入渗与河水入渗补给;地下水的主要排泄方式是蒸散发,还有少量的人工开采;地下水贮存量巨大,约有80多万亿m^(3);但目前补给量与排泄量的估算均有较大的不确定性。沙漠地下水的水质较差,除个别地区小于5 g/L外,大部分地区在5~10 g/L;在垂向上地下水水质具有上咸下淡的特点。地下水的区域运动规律是先从南向北流动,至塔里木河冲积平原后折向东流,地下水平均流速为55.94 m/a。【结论】下一步建议针对本文提出的十大问题,采用定量化的手段,从更长的时间尺度对地下水的补给量、排泄量进行估算;通过分层试验以及监测等技术获取更多的地下水循环信息,系统研究地下水的循环规律,提出沙漠区地下水循环的模式,定量总结各个循环系统的特点;进一步加大对沙漠区淡水寻找和高矿化地下水开发利用技术研发。

塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析

根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明:晴天和沙尘暴天气大气边界层结构特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。

塔克拉玛干沙漠与撒哈拉沙漠沙尘气溶胶光学特性对比研究

基于2007—2021年CALIPSO和MODIS主、被动卫星遥感探测数据,对塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠的气溶胶光学特性时空分布特征进行探究及对比分析。结果表明:(1)两大沙漠的沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献率最大,气溶胶类型季节变化的相对单一性反映了塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠地区存在沙漠沙尘排放对总气溶胶成分的显著影响;(2)塔克拉玛干沙漠气溶胶光学厚度AOD的峰值出现在春季(春季>夏季>秋季>冬季),而撒哈拉沙漠AOD的峰值出现在夏季(夏季>春季>秋季>冬季);(3)撒哈拉沙漠总气溶胶抬升高度与塔克拉玛干沙漠相近,但近地面层消光系数明显小于塔克拉玛干沙漠;塔克拉玛干沙漠的消光系数平均值在所有季节中均大于撒哈拉沙漠,故塔克拉玛干沙漠的沙尘气溶胶AOD比撒哈拉沙漠的大;相比沙漠沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠都无明显的污染沙尘和抬升烟活动。上述研究结果揭示了两大沙漠源区沙尘气溶胶光学特性的观测事实与利用大气气溶胶时空变化特征反映区域气候变化的可能性。

塔克拉玛干沙漠粉尘释放通量研究

土壤风蚀产生的粉尘颗粒物严重影响空气环境质量,为了探明粉尘释放规律,有必要研究不同高度层风速和摩阻风速对粉尘释放通量的影响机制。通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速和平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明:(1)不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2 m高度层风速的变化范围是0.05~7.73 m/s,4 m高度层风速的变化范围是0.09~7.19 m/s,10 m高度层风速的变化范围是0.5~8.09 m/s。(2)4月1-30日各个观测日24 h内平均摩阻风速分别为0.42、0.34、0.27、0.34、0.16、0.32 m/s,变化范围为0.16~0.42 m/s。(3)DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的129%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。

塔克拉玛干沙漠南缘新月形沙丘移动特征

新月形沙丘的移动特征可以反映区域内风沙运移和地貌演化过程,对于科学开展风沙灾害防治具有重要意义。本文利用卫星遥感影像与气象再分析数据,研究了塔克拉玛干沙漠南缘6个新月形沙丘群2012—2022年的形态变化与移动特征。结果表明:(1)研究区域内新月形沙丘平均移动速率为6.86 m·a^(-1),移动方向与对应区域内盛行风方向基本一致;(2)不同区域内新月形沙丘形态参数之间的关联性呈现显著差异;(3)沙丘高度、下垫面植被覆盖、年均降雨量以及地表温度与沙丘移动速率呈负相关关系,分区拟合结果有差异;(4)且末西南区域的年平均输沙通量约为77120.5 kg·m^(-1)。研究结果反映了新月形沙丘移动规律的复杂性,不同地理环境因子的影响程度或存在显著差异,需结合实地情况进行具体分析。同时,在沙丘演化过程中,形态参数的动态变化反映了沙丘迁移的内在机理,进一步为新月形沙丘的发育机理提供了实证数据,也为沙丘危害防治和土地规划提供了参考依据。

塔克拉玛干沙漠腹地柽柳年轮宽度对地下水埋深的响应

【目的】柽柳作为干旱荒漠生态系统的典型物种,研究其年轮宽度对地下水响应的保护有重要价值。【方法】研究基于沙漠腹地达理雅博依绿洲地下水埋深资料,利用年轮测定方法分析不同地下水埋深状况下柽柳年轮宽度的变化,探讨其与地下水埋深变化的关系。【结果】样地一地下水埋深随时间逐年增加,埋深范围是1.2~2.6 m,柽柳的年轮宽度在2001-2020年呈显著增加趋势,变化范围为0.98~5.80 mm,年轮宽度年际间差异显著;样地二地下水埋深随时间增长呈现先增加后减小的趋势,埋深范围是2.7~4.5 m,柽柳年轮宽度在1977-2020年整体呈正弦函数变化,范围为1.46~4.41 mm,年轮宽度年际间差异性不显著;样地一柽柳标准年表振幅范围是0.502~1.641,大于样地二柽柳标准年表振幅范围为0.577~1.331。【结论】样地一地下水埋深向着柽柳生长适宜的范围增加时,有利于柽柳的生长,表现为年轮宽度增加,样地二的柽柳年轮宽度变化和地下水埋深之间无显著相关性。

塔克拉玛干沙漠春季沙尘活动与西风急流位置变化的关系

基于1980-2020年MERRA-2再分析资料和气象站点沙尘日数资料,利用定义的西风急流位置指数挑选了春季各月急流位置显著变化的年份,通过对比分析急流偏北和偏南年沙尘混合比、沙尘日数和大气环流场的差异,初步揭示了西风急流位置变化对塔克拉玛干沙漠沙尘活动的影响。研究发现:(1)春季各月西风急流的位置随年份呈现很强的波动性,且不同月份年际变化趋势不同,其经向移动主要是由沙漠上空南北温度梯度的变化引起的;(2)春季塔克拉玛干沙漠沙尘活动与西风急流位置变化有显著的相关性,当急流北移(南移)时,大气柱各层沙尘混合比均有显著的增加(减少);(3)春季塔克拉玛干沙漠沙尘日数与西风急流的南北移动紧密关联,急流北移将导致春季各月浮尘、扬沙、沙尘暴平均日数增加;(4)伴随春季西风急流北移,青藏高原及塔克拉玛干区域中高层大气被异常反气旋主导,沙漠上空西风急流增强,动量下传增加,同时低层大气出现异常东风,地表风速增强,显著影响了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘的排放和输送。

《塔克拉玛干沙漠历史文化体验休闲娱乐区概念设计方案》

设计说明:塔克拉玛干沙漠历史文化博物苑的建设着眼实现保藏、展示、体验、娱乐四大功能。以封闭式博物馆和半开放式补给站、全开放式沙漠文化体验中心为实体依托,统筹规划整个场地建设,为游客提供休闲娱乐等功能。

自治区召开“三北”工程攻坚战暨塔克拉玛干沙漠边缘阻击战现场推进培训会

6月24日,自治区“三北”工程攻坚战暨塔克拉玛干沙漠边缘阻击战现场推进培训会在且末县召开。会议深入贯彻落实习近平生态文明思想,对打好“三北”工程攻坚战、打赢塔克拉玛干沙漠边缘阻击战再作动员、再作部署、再作培训,推动全区上下把各项任务扛起来、抓到位、落实好。

河西走廊——塔克拉玛干沙漠边缘阻击战

河西走廊一塔克拉玛干沙漠边缘阻击战片区是我国北方风沙活动最为频繁、灾害最为严重的沙尘源区,也是打好新时代“三北”工程三大标志性战役的重点和难点地区。阻击战以“防风、阻沙、控尘”为治理目标,聚焦“风、沙、尘”的源区和路径区,构筑起点线面结合、多廊多屏交织、防治用全链条阻击的主体框架,打造“一带一路”干旱区荒漠化防治示范样板。

信息化与数字化综合技术手段在塔克拉玛干沙漠某公路建设项目的应用实践

新疆塔克拉玛干沙漠地区独特的地理和气候环境给沙漠及周边地区的高速公路建设带来多重困难。在该地区修建高速公路是一项极端条件下的挑战性工程。在这种特殊背景下,信息化和数字化技术的应用尤为关键。本文通过深入探讨信息化和数字化技术在沙漠公路建设中的应用,提出了在极端地理和气候环境下开展沙漠公路施工的有效解决方案。这项研究不仅有助于提高工程建设的效率和安全性,还为信息化和数字化技术在特殊环境下的应用提供了实际经验,为今后类似工程项目的实施提供有益借鉴。

对打好三北工程塔克拉玛干沙漠边缘阻击战的思考——以新疆维吾尔自治区为例

塔克拉玛干沙漠是我国最大的沙漠,是影响我国沙尘暴天气的主要沙源区之一。塔里木盆地是三北工程六期的重点建设区。文章基于新疆荒漠化和沙化土地现状,以打好三北工程塔克拉玛干沙漠边缘阻击战为主要目标,分析了新疆荒漠生态系统的服务价值,明确了防沙治沙原则,提出了打好阻击战的几点思路对策。

塔克拉玛干沙漠的起沙风速

起沙风速根据观测高度、风速时距以及流体或冲击起动性质分别确定。本文建立了塔克拉玛干沙漠腹地肖塘地区不同高度、不同时距的流体起动与冲击起动风速的相关方程。结果表明：该地天然沙的瞬时冲击起动风速（２ｍ高度）５．０ｍ／ｓ，流体起动风速６．０ｍ／ｓ；１分钟平均流体起动与冲击起动风速为５．２ｍ／ｓ和４．３ｍ／ｓ。气象站观测高度（１１．４ｍ）瞬时流体起动和冲击起动风速为７．８ｍ／ｓ和６．６ｍ／ｓ；１０分钟平均值为７．４ｍ／ｓ和５．９７（≈６．０）ｍ／ｓ。

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被及土壤CNP的化学计量特征

生态化学计量学是研究生态过程和生态作用中化学元素平衡的科学。极端环境中进行植物叶片与土壤中营养元素含量及变化研究,对于揭示植物对营养元素的需要和当地土壤的养分供给能力,以及植物对环境的适应与反馈能力具有十分重要的意义。以塔克拉玛干沙漠腹地塔中植物园生长良好的25种人工植被及其生境为研究对象,运用方差分析、相关分析综合研究植物叶片及土壤的化学计量特征及其相互关系。结果显示:塔克拉玛干沙漠腹地25种人工植被叶片C、N、P的平均含量分别为(386.7±46.6)、(24.7±8.1)和(1.8±0.78)mg/g;叶片C∶N、C∶P及N∶P分别为(17.5±6.7)、(249.2±102.8)、(15.0±5.6)。其中豆科植物N含量极显著高于非豆科植物(P<0.001)。不同生活型植物的C、N、P含量均存在显著差异,C、N、P含量在3种生活型的大小顺序为草本>灌木>乔木。C∶N和N∶P在不同生活型植物间不存在显著差异(P>0.05),而乔木和灌木的C∶P显著高于草本植物(P<0.05)。相关分析表明植物的叶片C∶N、C∶P都与相应的N、P含量呈现极显著负相关性(P<0.001),而叶片N含量与P含量的变化并不相关(P>0.05)。土壤C、N、P养分元素含量远低于全国的平均水平,尤其是N含量(<0.2 mg/g);土壤C与N存在着极显著的正相关关系(P<0.01),而C与P、N与P间的相关性并不显著(P>0.05)。以上研究结果表明,受极端环境的限制,塔克拉玛干沙漠人工植被植物对养分元素的利用效率显著低于全国陆地植物的平均水平,不同科和不同生活型功能群植物对环境的适应能力显著不同,表现出显著的养分适应策略差异性。

塔克拉玛干沙漠腹地梭梭(Haloxylon ammodendron)蒸腾耗水规律

塔里木沙漠公路防护林生长于极端干旱的塔克拉玛干沙漠中，防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题。利用植物茎流计连续测定了塔里木沙漠公路塔中段防护林植物梭梭的茎干液流、蒸腾耗水量。结果表明：梭梭茎干液流具有明显昼夜节律性，液流的高峰值出现在白天10：00～15：00，最小值出现在0：00～03：00，夜间也保持较小的液流；茎干液流受环境因子影响而波动，太阳辐射、气温和风速与茎干液流有较明显的正相关关系，相对湿度和茎干液流呈负相关关系；滴灌条件下，防护林带内土壤含水量充足且在各个月份变化不大，土壤含水量对茎干液流影响不大；依据清晨和午后水势变化，梭梭体内水分在夜间得到了较好的恢复；在一个生长季内，3株直径为2．0、2．8、3．4cm的梭梭总的耗水量分别为295、436、616kg，日平均耗水量分别为1．48、2．18、3．08kg；现行灌溉模式提供了充足的水分供应，梭梭的水分状况良好；在充足水分条件下，梭梭有较大的蒸腾耗水量，干旱的环境条件和较为充足的水分供应是梭梭耗水量大的主要原因；依据梭梭的水分状况，当前水分管理为防护林提供了较充足的水分。

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。

不同灌溉量对塔克拉玛干沙漠腹地梭梭水分生理特性的影响

利用热平衡式茎流计和压力室,对不同灌溉量下塔克拉玛干沙漠腹地防护林植物梭梭的水分生理特性进行了测定.结果表明:梭梭茎干液流的日变化曲线随着灌溉量的不同而有所差异,灌溉量为每次每株35和24.5 kg条件下,茎干液流日变化曲线呈单峰型,且变幅较大,灌溉量为每次每株14 kg条件下,其日变化曲线为双峰型,变化较平缓;随着灌溉量的减少,梭梭日平均液流速率逐渐降低,其日单株耗水量也随之降低;随着灌溉量的减少,梭梭的清晨水势和午后水势逐渐降低,且茎干液流速率与总辐射、空气温度、相对湿度和风速的相关性均增强,但不同灌溉量下,其与总辐射的相关性都最强.

塔克拉玛干沙漠风况特征研究

通过17个站1996-2000年风资料的统计和计算,对塔克拉玛干沙漠风况特征进行研究,结果发现:(1)塔克拉玛干沙漠作用风系以东北风和西北风为主,在纵向和横向上主风向都呈现出明显变化规律;(2)输沙势计算结果表明,除若羌地区外整个塔克拉玛干沙漠处于低风能环境;(3)大多数区域RDP/DP值都大于0.5,呈现单峰或锐双峰特征。

塔克拉玛干沙漠及其以南风成相带划分和认识

至少在末次冰期初,塔克拉玛干沙漠及其以南就已存在风成的砂丘砂、亚砂土和黄土岩相带。末次冰期以来的全球冷期中,造成砂丘砂、亚砂土和黄土沉积的NE和NW风系及其影响下的风力未有显著变化,因此,这几个风成相带沉积界线亦没有明显移动。自那时以来的全球暖期,塔克拉玛干沙漠和其南部,气候暖干,导致四周山地冰雪大量消融,于本区形成冲积、洪积。然而,冲洪积作用并未能改变风成相带分布的基本格局。

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴特征——以塔中地区为例

塔克拉玛干沙漠是中国油气开发的重要区域,沙尘暴是该区域重要的灾害性天气,但以往相关的研究很少。为了了解塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴的发生规律,利用塔中气象站1997-2002年的气象资料,对塔中地区沙尘暴的强度、过程、类型和时间变化等特征进行了分析。研究结果表明:(1)塔中年平均沙尘暴日数为16.83d,较沙漠北缘的轮台和沙漠南缘的民丰、和田为多,体现出沙尘源对沙尘暴发生的影响;(2)沙尘暴发生之前出现明显的风速突然降低和风向转换;(3)同塔里木盆地其它区域一样,塔中沙尘暴也可分为5种类型,其主导类型为冷空气东灌型;(4)沙尘暴时间变化规律明显,且从20世纪90年代至21世纪初,塔中沙尘暴日数与持时明显下降,同全疆的变化趋势一致。