人工前丘槽形风蚀坑形态变化及其动力学机制——以福建平潭岛为例

风蚀坑是风沙地貌学的重要研究对象,风蚀坑形态−动力过程是风蚀坑研究的核心问题。近期人为干扰促使海岸人工前丘产生后,伴随着大量风蚀坑的出现亟待开展相应研究,但目前缺少关于人工前丘上发育的风蚀坑的相关研究。选择人工前丘上风蚀坑发育典型的平潭岛为研究区域,运用高精度RTK GPS对人工前丘上的槽形风蚀坑进行重复地形测量和使用二维超声波风速仪进行气流观测,研究了槽形风蚀坑形态变化与气流的反馈机制。结果表明:①人工前丘槽形风蚀坑受人工黏土结构控制,形成了一个输沙通道→完全发育风蚀坑→消亡阶段风蚀坑→新的输沙通道4个阶段的特殊演化模式;②槽形风蚀坑的形态控制了气流在侵蚀盆内的循环,这种正反馈促进了侵蚀盆的增长;③风蚀坑形态−动力过程之间存在一个过程塑造形态、形态影响过程运行方式的双向反馈,尤其是随着风向与槽形风蚀坑长轴向夹角(48°~99°)的不断增大,风蚀坑内气流偏转越明显,且存在大型螺旋流。

沙质草原槽形风蚀坑表面沉积物粒度特征

通过对呼伦贝尔沙质草原槽形风蚀坑表面沉积物粒度的观测分析,发现活跃发展时期的槽形风蚀坑沙物质总体结构以中沙为主,其次是细砂,粗砂和粉沙含量很少,且不含砾石。由于沙源沉积物粒度组成比较均一,风蚀坑各部位粒径频率曲线均呈单峰对称(或近对称)。响应于风力侵蚀和堆积,在粒度诸参数中,粗沙和细沙含量,频率曲线众数粒径,以及平均粒径等发生了明显的变化。该研究结果作为表面气流的响应,支持了先前提出的槽形风蚀坑动力学过程。

呼伦贝尔沙质草原槽形风蚀坑表面气流特征

根据野外对呼伦贝尔沙质草原槽形风蚀坑表面二次流的观测结果,利用相对风速(v/vR400)比较不同部位之间气流在水平方向上的变异情况。发现:槽形风蚀坑内气流结构紊乱,坑内前部位置出现风速随高度降低的现象,形成反向回流;风蚀坑内在斜向气流的情况下有螺旋环流产生,由于气流聚集,在坑后部形成的高速气流容易将大量沙物质搬运到坑后;在坑口积沙区坡脚遇阻减速后气流辐散溢出。认为槽形风蚀坑是在碟形坑的基础上,沿强风能方向延伸扩展,3个出风口最终合并而形成的大型风蚀地貌形态。