杨子砚:7年申遗路向世界推荐巴丹吉林沙漠

苍穹之下,巴丹吉林沙漠延绵的沙丘一直向远方延伸,在这连绵的金色沙丘之间,144个沙漠湖泊像144颗宝石镶嵌其间,从高空往下看,宛如一顶巨大的闪耀着宝石光芒的皇冠戴在这片浩瀚的大漠之中。位于我国内蒙古自治区的巴丹吉林沙漠,以其独特的自然景观和丰富的生物多样性,被誉为“沙漠中的奇迹”。2024年7月26日,巴丹吉林沙漠—沙山湖泊群成功列入《世界遗产名录》,成为中国第一个沙漠类型的世界自然遗产,巴丹吉林沙漠向世界展示出她独特的魅力。时间回到2023年6月6日,第46届世界遗产大会中国代表团成员、中国风景名胜区协会遗产外联部主任杨子砚和申遗技术团队已经第七次来到巴丹吉林沙漠。他们在巨大沙丘之间不断穿行,沙漠烈日已经把他们烤得汗如雨下。

巴丹吉林沙漠腹地降水特征的初步分析

利用巴丹吉林沙漠腹地定位观测的降水数据,结合其外围南缘、东南缘、北缘和西北缘4个气象站同期降水资料,分析了沙漠腹地的降水特征以及高大沙山对降水的影响,比较了沙漠腹地与外围降水量的差异。结果表明,沙漠腹地降水以小雨为主,且一般在1～2 h内结束。沙漠腹地与外围的降水在季节分布上有较好的一致性,观测期间腹地的年降水量少于南缘阿拉善右旗气象站,但明显多于东南缘、北缘和西北缘。沙漠腹地降水的季节变率很大,年降水量往往由某些集中降水日决定,具有高度集中性。腹地的高大沙山对降水有一定影响,沙山顶部年降水量和年降水日数皆略多于丘间地,较长的单次降水过程之持续时间及累积降水量亦有类似特征。强降水事件发生时,沙漠腹地在16.8 km的空间距离上有"斑块"现象。日降水量的相关距离分析显示,夏半年日降水量空间相关性随距离的增大而明显减小;冬半年因多冷锋降水而使其日降水量在约50 km空间尺度上仍有较好的相关性,50 km以外相关性则显著减小。

巴丹吉林沙漠湖泊季节变化的遥感监测

利用2001年12月28日、2002年3月18日、7月24日、9月26日、12月15日五期ETM+遥感影像,提取了巴丹吉林沙漠湖泊年内季节变化信息,并分析了湖泊季节变化的统计特征与空间分布特征.结果显示,巴丹吉林沙漠湖泊总面积和数量随季节更替呈现出明显的统计特征与空间分布特征.湖泊总面积和数量在当年春、夏、秋、冬季均依次减少,到第二年春季又逐渐恢复到前一年春季状态;湖泊面积季节变化萎缩与增大区域呈集聚、连片分布态势,部分时段湖泊面积变化表现出渐变分布特征.研究结果可为进一步深入研究巴丹吉林沙漠湖泊水循环、湖泊水量平衡、湖泊生态系统提供科学参考.

巴丹吉林沙漠高大沙山的形成发育研究

通过对巴丹吉林沙漠高大沙山的考察 ,以及沙丘形态和风况、沙山 TL测年、古沙丘层理产状等的研究表明 ,高大沙山的形成发育受沙源、风系、底基地形和灌草植被等因素的影响。第四纪以来弱水古水系的变迁为沙漠及沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。沙山发育的受西风和西北风两大盛行风系的控制 ,末次冰期以前为西风环流主导时期 ,地表盛行风向为西风 ,次为西北风 ;末次冰期以来为季风环流主导时期 ,地表盛行风向为西北风 ,次为西风。沙山底基地形的起伏不仅诱发近地表气流产生波状运动 ,同时也是风沙流运行的障碍。气候湿润期发育的沙丘灌草植被通过抑制风蚀、扑捉风沙等作用加速沙山的发育。高大沙山是新月形沙丘和沙丘链、复合新月形沙丘或沙丘链演进而形成的大型稳定风积床面形态。

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100～200m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1 042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200～300m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1 119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300m,平均为309 43m,最高可达465m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1 148164)。

巴丹吉林沙漠东缘天然梭梭种群空间分布异质性

梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)是生长于沙漠地区的一种特有灌木,在维持荒漠生态系统平衡和地区经济发展中发挥着不可替代的作用。为掌握天然梭梭种群空间分布规律,以巴丹吉林沙漠东缘塔木素地区的"野生肉苁蓉及梭梭产籽基地"为试验区,采用样线法测定梭梭株高、冠幅直径,统计梭梭分布密度,分析梭梭种群数量特征空间分布特征及其与生境之间的关系。结果表明:梭梭林密度、株高、冠幅直径均符合正态分布,表现为强度变异;株高、密度、冠幅直径的半方差函数理论模型均为高斯理论模型,其相应的变程为1249、909、1035 m;空间自相关比例均超过70%,受随机因素影响较小,保持着较好的天然分布和生长状态。梭梭种群数量特征的分形维数均大于1.5,空间依赖性强,空间结构性好。长期风蚀作用,小地形海拔高度体现为不同沙层厚度,梭梭株高、冠幅直径和密度在空间上的分布呈西高东低,北高南低的趋势,与海拔高度存在极显著相关;梭梭群落的空间异质性表现出一定的适度沙埋效应。

1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析

利用1973、1990、2000、2010年4个时期遥感影像数据,提取并统计了1973 1990、1990 2000、2000 2010、19732010年4个时期湖泊面积变化信息,分析了巴丹吉林沙漠湖泊面积变化的空间特征.结果表明,湖泊数量与面积整体表现为减小,同时也存在湖泊面积增大与湖泊新增;1973 2010年间,沙漠腹地共干涸19个湖泊、新增7个湖泊,43个湖泊萎缩、6个湖泊扩张,26个湖泊面积基本保持稳定;从湖泊面积的空间变化看,面积减小的湖泊在整个湖泊区域均有分布,面积增大的湖泊较多分布于研究区东侧,且多在中东部区域外围,面积减小剧烈的湖泊在空间上有聚集分布的态势;湖泊面积变化量在整个空间上并没有表现出显著的正相关关系.湖泊面积变化所表现的空间特征可能由于不同湖泊区域补给来源不同或不同湖泊补给方式存在差异造成的.

巴丹吉林沙漠湖泊钙华与根状结核的发现对研究湖泊水补给的意义

巴丹吉林沙漠湖泊中的钙华和根状结核的存在证实这些沙丘和湖泊形成的时间约3万年,而且基本上没有发生大的改变。同位素和水化学研究结果证实湖泊水与祁连山深大断裂中的地下水有关,湖泊群正好位于阿尔金断裂东端,祁连山断裂与阿尔金断裂在玉门一带相交,祁连山断裂的地下水汇入阿尔金断裂后最终补到巴丹吉林沙漠的湖泊群中;而钙华与根状结核是地下水通过碳酸盐岩地层后形成的。

巴丹吉林沙漠南缘植被物种多样性及其与土壤特性的关系

通过对巴丹吉林沙漠南缘地区植被的野外调查,探讨了植被物种组成与物种多样性对样地沿距沙漠中心的距离变化的响应,以及物种多样性与土壤因子间的关系。结果表明：（1）研究区主要物种共计10科18属20种,植物种类以沙漠旱生植物为主,样地的植被群落类型都是灌木与草本植物群落。（2）随着样地向沙漠外缘的延伸,植物种类和数量逐渐增多,群落结构更加复杂化和多样化;样地Shannon-Wiener指数和Simpson指数呈上升趋势,优势度指数逐渐下降;灌木层与样地的α多样性指数变化趋势一致,草本层变化幅度较小;β多样性指数中Bray-Curtis指数呈下降趋势,说明植物群落之间的物种替换速率降低。（3）物种多样性指数与土壤因子的相关关系及逐步回归分析表明土壤有机质和土壤全氮含量对植被的影响显著,土壤表层20～40 cm中的土壤速效磷与样地物种多样性和草本层物种多样性之间具有显著相关关系。

巴丹吉林沙漠高大沙山粒度成分与沙山形成

选取巴丹吉林沙漠东南部全球高差最大(约420 m)的诺尔图湖东大沙山和较高的苏木巴润吉林湖西大沙山(高差约400 m),对其迎风坡沉积物进行系统采样分析,讨论了高大沙山迎风坡沉积物粒度成分特点、变化规律、原因及其活动性。结果表明,全球高差最大的诺尔图东沙山和苏木巴润吉林湖西沙山迎风坡沉积物具有双层结构,表层沉积物的粒度组成较下层粗,表层沉积物的中砂含量高于细砂,而下层沉积物的细砂含量明显高于中砂;两层沉积物中的极粗砂、粗砂、极细砂和粗粉砂含量均很少,且不含粘粒。表层沉积物粒度成分比下层粗是表层沉积物受到了风蚀作用造成的。从沙山下部到上部,迎风坡沉积物粒度成分逐渐变细,分选变好,偏度趋于负偏。两个大沙山粒度组成与变化特点一致表明,大沙山表层粒度成分在发生粗化,物质组成还在发生移动,大沙山仍然处在活动阶段。大沙山地貌与风力作用可分为3个带,下部是以较平坦洼地为代表的侵蚀、搬运带,中部是新月形沙丘密集分布的物质堆积和运移并存带或风沙物质转运带,上部是风沙物质堆积的陡峭沙山主峰带。大沙山物质运移的基本模式是下部以侵蚀搬运为主,中、上部物质则是堆积与运移并存,风沙物质经过多次的运移传递而到达沙山顶部和背风坡。

150kaBP以来巴丹吉林沙漠东南区域地层序列的新研究

巴丹吉林沙漠东南部边缘查格勒布鲁剖面中更新统/上更新统下部、上更新统下部/上更新统上部和上更新统上部/全新统的地质界线依次发生在59AGS/60L、39FD/40G和9L/10FD之沉积界面上。其时限依次大致为150kaBP、75kaBP和10kaBP,该剖面记录了150kaBP以来25个旋回的沙漠与湖相等沉积交替变更的历史过程。通过该剖面粒度和SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO在地层中的分布特征、软体动物化石指示的古生态等综合研究表明,所述这些沉积旋回是自那时以来,在北半球冰期间冰期气候波动影响下,冬夏古季风往复更迭所导致的非季风沙区沙漠期与间沙漠期多次正逆交替演变的结果。

巴丹吉林沙漠湖泊水化学空间分布特征

通过对巴丹吉林沙漠腹地拐子湖-地质公园一线51个湖泊水,8个泉水,12个井水及1个雨水水样的水化学成分分析,初步探讨了沙漠湖泊水化学分布特征及其影响因素.结果表明由东南边缘至腹地湖泊总体上依次呈硫酸盐型-碳酸盐型-氯化物型分布.东南边缘以Na+、Cl-、SO24-为主的湖泊因矿化度分异,形成Ca2+、Mg2+含量不同的三种亚型,其中高矿化度的Na-Cl-(SO4)型湖泊在腹地湖泊群中也有出现,表现出地理上的不连续分布;边缘若干湖泊受局部地理环境的影响水离子多含Na+、Cl-、CO32-+HCO3-.综合分析表明湖泊水化学型的空间分异与区域气候差异和气候变化有关,湖水直接或间接地接受当地降水补给,但不排除外源地下水补给对其有一定贡献.通过对比不同时段部分沙漠湖泊水化学特征发现近十年以来腹地湖泊补给源或受气候干暖化影响使其水化学特性较边缘湖泊的变化大.

巴丹吉林沙漠沙山发育与环境演变研究

通过对巴丹吉林沙漠风沙地貌、沙山地层结构、古沙山层理构造、沙山TL测年和区域输沙率等的综合研究表明 ,巴丹吉林地区自西北而东南大致可划分为河湖为主的弱水冲洪积扇、以河湖与风沙交替作用过度区和以风沙作用为主沙丘区。弱水冲洪积扇的发育为沙漠、沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。高大沙山是更新世期间起伏的沙质下垫面与西风环流和季风环流相互作用的结果。末次冰期以前为西风环流为主时期 ,地表主导风向为西风 ,次为西北风 ,河湖环境发育 ;末次冰期以来为东亚季风环流为主时期 ,地表盛行风向为西北风 ,次为西风 ,风沙活动盛行。期间 ,风积床面经历了新月形、新月形沙丘链、复合新月形、复合沙丘链到复合型高大沙山的一系列复合、演变与发展过程。

巴丹吉林沙漠横向沙山沉积GPR雷达探测研究

应用GPR雷达探测技术对巴丹吉林沙漠东南部呼都格吉林和诺日图两个典型横向沙山迎风坡剖面探测结果表明:GPR雷达探测可以清晰地揭示沙山距地面20～30m深度内的沉积构造信息,并可模糊地揭示其下的湿砂层部分信息;该横向沙山迎风坡地貌与沉积自坡底至坡顶可依次划分为底部湖滨草-灌丛沙堆相、下部单一横向沙丘相、中部复合横向沙丘相、顶部星状沙丘相等类型;横向沙山迎风坡现代沙丘下伏有相当连续且厚度巨大的沉积序列;沙山内部存在巨厚持水湿砂层,干、湿砂界面大致平行于沙山表面,其深度在沙山中、上部在20～30m深度处变化,在沙山下部接近地表;沙山内部湿沙水分很可能来自降水,并对沙山发育起着重要支持作用;湖泊水可能主要来自沙山内部水分下渗迁移;沙山间湖泊可能是沙山或沙漠发育到一定阶段的必然产物。

巴丹吉林沙漠不同下垫面辐射特征和地表能量收支分析

利用2009年夏季在内蒙古自治区阿拉善右旗境内巴丹吉林沙漠开展的"巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验"所取得的资料,对比分析了典型晴天条件下,巴丹吉林沙漠两种不同下垫面的辐射平衡特征和地表能量收支的日变化规律。结果表明,不同下垫面地表反射率具有明显的差异,沙漠反射率为0.33,湖区沙生芦苇反射率为0.23,沙漠反射率大于沙生芦苇反射率。巴丹吉林沙漠两种典型下垫面上,各辐射分量均具有相似的日变化特征,即白天大、夜间小。两种下垫面上的净辐射日变化与峰值基本相同,日积分值均约为8MJ.m-2。由于下垫面性质不同,地表能量的分配也不相同。沙漠主要以感热通量为主,地表热流量其次,潜热通量很小可以忽略不计;湖区以潜热通量为主,感热通量和地表热流量次之。

巴丹吉林沙漠包气带Cl^-示踪与气候记录研究

Cl-是自然界中最稳定的示踪剂,包气带水Cl-浓度与降水中Cl-浓度的差异可以反映降水的有效入渗补给量和包气带水的年龄。基于CMB的氯累积年龄可以用36Cl/Cl在三个时间尺度上校正。利用CMB研究了巴丹吉林沙漠南缘的两个钻孔剖面的Cl-与含水量的分布状况,计算了800a以来的地下水补给量及其所反映的气候波动特征。在该地区,多年平均降雨量为89mm,而平均补给量仅为1 3mm。干旱沙漠地区最近800a气候明显经历了4个干期和3个湿期。1500—1530年是干旱区气候突变的时期,18世纪末至19世纪初是气候环境演化的又一个十分重要的时间界限,自此以后的漫长时间,干旱化进程进一步加剧。

巴丹吉林沙漠地层序列的粒度分布及其组分成因分析

对巴丹吉林沙漠腹地WEDP02孔310．45m的岩心进行了高分辨率的激光粒度测量，运用Normal和we｜buU函数对全孔的粒度分布进行了拟合和组分分离，在结合野外沉积相判断的基础上，将组分的粒径一频率、含量一频率变化作为组分成因分析的依据，系统分析了WEDP02孔沉积序列的粒度组分的成因。结果表明：WEDP02孔沉积物主要以风成砂、湖泊一风成砂混合沉积、）中洪积一风成砂混合沉积为主。风成沉积物中，超细粒成壤、高空远源粉尘、低空近源粉尘、风成砂与风成粗砂组分的粒径界线为2、12、105和270 μm，粉尘与风成砂纽分的比例平均值为20％／80％，在粒度组分的粒径一含量投影图中占据右上角部分；湖相沉积物中超细粒化学、悬移及风成砂组分的粒径界线为4、45、150-230 μm，湖相悬移组分含量大于35％，同时可含有风成组分和湖相砂，在粒度组分的粒径-含量投影图中占据细粒下部分；冲洪积超细粒化学、悬移黏土、悬移粉砂、风成砂、冲洪积砂的粒径界线为2、12、80、150-200和300 μm。这些特征反映了巴丹吉林沙漠不同沉积物的沉积学特征，是沉积物成因分析的粒度依据。

同位素指示的巴丹吉林沙漠南缘地下水补给来源

通过恢复巴丹吉林沙漠及其周边地区大气降水氚值,并结合区域稳定同位素组合特征,揭示了区域地下水氚年龄的多解性与地下水稳定同位素的温度效应。恢复的1963年核试验期氚高峰值达到2 100 TU,进入90年代平均为60 TU。1960年以来降水补给的地下水氚值都应大于15TU,而1963年的高峰氚衰变至今应在200 TU左右。地下水实测氚值较低,表明由现代少量降水补给的地下水与大量的古水进行了混合。影响降水中δ18O和δ2H分布的主要影响因子是月平均空气温度,对δ18O与2δH的影响权重分别占到59.9%和57.0%。巴丹吉林沙漠及其周边地区地下水较低的稳定同位素组成表明,其补给主要是晚更新世较冷环境下形成的,来源于东南部的雅布赖山区,部分浅层地下水接受现代降水与河流的补给。

夏季巴丹吉林沙漠陆面热状况对边界层高度影响的模拟实验

利用中尺度天气模式WRF对夏季晴天巴丹吉林沙漠地表温度、感热通量和边界层高度进行了数值模拟,研究了不同陆面热状况下边界层高度的变化特征。结果表明:WRF模式可以较好地模拟出沙漠的陆面热状况和边界层高度的变化;白天感热输送越强、地表温度越高时,对流边界层高度越高;夜间负感热越强、地表温度越低时,稳定边界层高度越厚。白天对流边界层变化与地表温度、感热通量变化呈显著的正相关,表明陆面热状况对对流边界层发展和维持的影响较大;夜间稳定边界层变化与地表温度、感热通量变化的相关性不大,影响夜间稳定边界层发展的因素较多,陆面热状况仅是因素之一。

夏季巴丹吉林沙漠残余层与深厚对流边界层的关系研究

利用2012年7月＂巴丹吉林沙漠陆气相互作用及其对区域气候的影响研究＂实验所得到的观测资料和中尺度气象模式WRF,对夏季巴丹吉林沙漠对流边界层高度发展的特征及其影响因素进行了研究。结果表明：（1）2012年7月在巴丹吉林沙漠连续观测到厚度超过3500 m的深厚对流边界层,其最大高度可达4000 m以上;当这种深厚对流边界层出现之前,当地中低层大气（1000～4000 m）存在近中性的残余层,而在没有近中性残留层出现时,即便地表感热通量较大,当天最大对流边界层高度却明显偏低;（2）WRF模式模拟结果表明残余层稳定度和对流边界层高度之间的负相关关系在空间区域成立,残余层位温直减率与当地对流边界层高度在时间和空间分布上都呈现显著的负相关关系;残余层位温直减率与对流边界层高度的空间相关系数最大值可达-0.51;（3）观测和模拟结果均表明残余层稳定度会直接影响由感热通量产生的对流边界层的发展效率,进而影响对流边界层的最大高度。通过研究发现,除感热通量外,近中性的残余层是巴丹吉林地区深厚对流边界层出现的关键条件之一。