沙漠化与气候变化相互作用机理研究进展

沙漠化与气候变化相互作用研究是当前地学界的一个热点和难点问题。沙漠化对气候变化响应敏感,同时,沙漠化又通过特殊环境的反馈作用影响气候变化。气候变化通过气温、降水等要素的变化改变植被覆盖等地表特征,对土地沙漠化产生严重影响。沙漠化又会通过生物地球物理反馈机制、增加CO2等温室气体的排放、释放沙尘气溶胶、改变土壤水分及地表粗糙度等影响区域气候变化。目前,国内外学者对沙漠化与气候变化相互作用的研究较多,但对沙漠化与气候变化间相互作用机理的研究仍有待进一步深入。存在的一些主要问题包括:自然因素与人为因素的分离、数据缺乏和数据的连续性及可比性、模型的缺陷和研究的时空尺度问题等。今后,应加强实验观测等获取长期数据,改进和完善模型,并进行综合集成研究。

我国北方工业弃渣风蚀的风洞实验研究

对副石膏、粉煤灰和硫酸渣3种典型工业弃渣样品的风蚀过程及其特征进行风洞模拟。结果表明,3种工业弃渣风蚀速率与风速之间均服从指数函数,其拟合关系可表达为:Q=a·exp(u/b)+c。在相同风速下,副石膏风蚀速率最大,粉煤灰次之,硫酸渣最小。工业弃渣风蚀过程中释尘量占风蚀物质的比重大。坡度实验表明,在风速为12m/s、坡度≤30°时,副石膏风蚀量随着堆积坡度的增大而增大;粉煤灰和硫酸渣堆积坡度大于临界坡度后,其风蚀量随着坡度增大而减少,粉煤灰的临界坡度为25°,硫酸渣的临界坡度为20°。因此,工业弃渣场选址应避开风口,并且要集中堆放,设置拦挡、护坡,增大弃渣堆积体边坡坡度等措施,以减少工业弃渣风蚀及其释尘量。

平坦沙质地表蚀积量计算模型研究

通过对平坦沙质地表蚀积动态的野外观测,结合同时期区域风况资料,分析了平坦沙质地表蚀积过程。在输沙势和最大可能输沙量计算公式基础上,调整参数提出了平坦沙质地表蚀积量的计算模型,弥补了两者不能直观准确表示区域风沙活动的缺点。通过对比野外实测值与输沙势、模型预测值和最大可能输沙量之间的变化趋势得出它们存在同期波动特征。进一步比较回归方程可知,模型预测值回归方程更加显著,预测值更加接近实测值,能够更好地表示区域风沙活动特征和强度,可为沙漠的扩张和收缩提供量化预测依据。

风沙堆积对多年冻土温度影响的室内试验研究

随着我国高寒区沙漠化问题的日益严重,由此产生的地表风沙堆积对多年冻土影响的范围和强度越来越大,但目前风沙堆积对多年冻土温度的影响过程及机理仍不明确,特别是缺少室内模型试验方面的研究.通过室内试验模拟了不同厚度的积沙对多年冻土温度的影响.结果表明:除试验箱气温为正负温过渡阶段外,当试验箱气温为负温时期,积沙冻土的中上层温度比无积沙冻土高,且沙层越厚温度越高,但均为负温,整个土层仍对应冻结状态;当试验箱气温为正温时期,积沙冻土的中上层温度比无积沙冻土低,且沙层越厚温度越低,而正温阶段对应冻土融化时期,积沙的降温作用可延缓冻土的融化.在3个冻融循环周期内,积沙冻土的底面平均温度均比无积沙冻土低,且沙层越厚,冻土底面温度波幅越小.

荒漠植物红砂叶片元素含量与气候因子的关系

通过测定中国境内红砂(Reaumuria soongorica)主要分布区21个自然种群407个植株叶片氮(N)、磷(P)、钾(K)含量、叶片含水量和稳定碳同位素组成等叶片特征,分析不同自然种群红砂叶片特征与环境气候因子之间的关系。研究结果表明,随着年平均最低温度的升高,红砂叶片N、P含量、叶片含水量和稳定碳同位素值显著升高。年平均温度和红砂叶片含水量、年平均最高温度和红砂叶片稳定碳同位素值显著正相关。不同生长区年平均降雨量和平均湿度对红砂叶片特征的影响一致,与红砂叶片P、K含量和叶片稳定碳同位素值显著负相关,与叶片N含量和叶片含水量显著正相关。不同生长区平均日照时数和蒸发量对红砂叶片特征的影响一致,与红砂叶片P、K含量和叶片稳定碳同位素值显著正相关,与叶片含水量显著负相关。说明不同自然种群中红砂叶片特征受气候条件的影响显著,不同气候因子对红砂叶片特征的贡献显著不同。不同种群间红砂叶片N含量的变化是各气象因子均衡作用的结果,年平均湿度是影响红砂叶片K含量和稳定碳同位素值的主要限制因子,蒸发量是影响红砂叶片P含量的关键因子,平均日照时数是影响红砂叶片含水量的关键因子。红砂叶片特征对不同环境条件下气候因子的这种响应模式在一定程度上反映和指示了以红砂为建群种荒漠生态系统的环境状况和稳定程度。

库姆塔格沙漠东部复杂地貌地表沉积物化学元素组成初步研究

通过对库姆塔格沙漠东部的沙漠、戈壁、绿洲、湿地、干河床等地貌单元地表沉积物化学元素的分析,研究了不同类型沉积物常量、微量元素的UCC标准值、Ba-Sr含量比值、化学蚀变指数等特征。结果表明:各类型沉积物的元素特征差异显著,但都处于低等风化阶段。库姆塔格沙漠东北端的平沙地、灌丛沙地与北侧戈壁地表沉积物元素特征相近,物源是北山;沙漠东缘沙物质有相近的主元素含量和Ba-Sr含量比值,化学风化特征和Fe、Mg含量自北向南呈现渐变趋势,表明受到偏北风的搬运混合作用,其可能的物源包括南部阿尔金山洪冲积物、东侧的干河床和戈壁。沙漠与敦煌绿洲间的戈壁地带化学风化微弱,区域差异不明显,但不同部位沙物质的元素含量有近源性。鸣沙山西侧的沙物质元素不同于库姆塔格沙漠,而与之相近的党河漫滩相近,因此其最有可能的物源是党河。

敦-格铁路途经库姆塔格沙漠东缘高大沙山区可行性研究

通过对规划中的敦-格铁路沙山沟段两侧沙漠地貌的实地调查,发现沙山沟两侧形似高大复合型沙山的地貌,实为阿尔金山前洪积扇前缘的冲洪积、冲湖积平原受构造抬升后剥蚀而形成的剥蚀丘陵台地覆盖流沙所致。由于下伏地形十分稳定,因此,沙山沟两侧沙山不会发生整体移动,也就不会对敦-格铁路造成威胁。再结合气象资料计算了沙山沟的最大可能输沙量及输沙方向,结果表明,输沙方向与铁路基本平行,同时微地形造成的顺谷风有清沙和导沙的作用。最后分段讨论了该区域内可能存在的沙害及其影响,认为该地区风沙灾害可防可治,铁路可以通过,并且提出了防治沙害的有效措施。

不同类型防沙堤流场的风洞实验模拟研究

防沙堤在风沙防护体系中发挥着重要的作用。对不同形状、不同倾角和不同高度防沙堤的流场结构进行风洞模拟实验,对不同类型防沙堤的防护效益进行评价。研究结果表明:①防沙堤强烈地影响了周围的气流流动特性,根据不同流场特征将其划分为5个典型区域:迎风坡脚低速区、遇阻抬升区、集流加速区、减速沉降区和消散恢复区,其中迎风坡脚低速区和背风侧减速沉降区能有效降低风速、阻滞风沙流。②梯形较三角形防沙堤形成的迎风坡脚低速区范围更大,而三角形较梯形防沙堤形成的有效防护距离更大。③三角形防沙堤的防护范围随风速的增大而减小。三角形防沙堤形成的有效防护距离随迎风坡倾角的增加而增大;迎风坡脚低速区范围随倾角增大而减小。④倾角40°的三角形防沙堤模型在各组风速下均形成最大的有效防护距离。⑤防沙堤背风侧的有效防护距离与沙堤高度呈正相关。

沙漠-绿洲过渡带风沙活动特征--以敦煌黑山嘴地区为例

统计2013—2014年度敦煌黑山嘴地区沙漠-绿洲过渡带气象资料,对区域风沙活动特征进行系统研究。结果表明:区域内合成起沙风以偏南风为主,即由沙漠指向绿洲。从沙漠腹地到绿洲内部,由于植被和房屋增多,起沙风频次和合成输沙势减小,风沙活动减弱,且春季风沙活动最强烈。夏秋季节植被可有效降低风速,减少起沙风频次,改善局地气候。平均气温与平均空气湿度负相关。月平均气温与月平均风速呈现同步性,越靠近沙漠腹地,两者同步性越强;日间气温与风速变化存在同步性,但夜间沙漠与绿洲气温差对风速存在影响,温差越大,风速波幅越大。

青藏铁路沿线风沙灾害特点及成因分析

随着全球变暖,青藏高原作为全球独特的地域单元,其反应极为敏感,且随着青藏铁路的建成通车,铁路沿线风沙灾害日趋严重。通过野外考察,分析总结青藏铁路沿线风沙灾害特点,并揭示其成因。随着气温升高,冰川萎缩、雪线上升、冻土退化、高寒草甸沙化,释放了内部赋存的碎屑物质;同时,气温升高导致冻融作用增强,地表土壤结构更易离散分解,形成更多的碎屑物质。其次,青藏高原地处西风带,终年盛行西风,区内起沙风向单一,属于高风能地区,为风沙活动提供了充足的动力条件。再次,青藏高原属于典型的"风旱同季",风水蚀交替影响,为沙害发生奠定了有利基础。第四,青藏铁路建成通车,铁路沿线流场发生改变,打破局地原有输沙平衡,形成易于沙粒沉降的有利环境,为风沙灾害的发生提供地点。综上四点,为铁路沿线风沙灾害的发生提供了便宜条件,最终导致风沙灾害的发生。

金字塔沙丘近地表流场及其对月牙泉影响研究

对月牙泉景区气象站点资料和积沙量统计分析以及月牙泉北侧金字塔沙丘近地表流场野外观测表明:受地形影响,月牙泉景区和金字塔沙丘各点起沙风玫瑰和输沙势玫瑰在监测期内差别较大。在金字塔沙丘影响下,不同风向下气流发生多次分离和汇集,沙丘近地表气流发生明显变化,携沙气流行进方向发生改变。金字塔沙丘坡面上各点合成输沙势和起沙风与坡面走向呈垂直角度,气流沿坡面爬越沙丘时,动能发生损耗,携沙能力减弱,减少了进入月牙泉的风沙量,减弱了月牙泉的风沙灾害。

绿洲植被覆盖度遥感信息提取——以敦煌绿洲为例

以敦煌绿洲为研究区,利用Landsat TM遥感数据,通过归一化植被指数(NDVI)和混合像元分解两种方法,提取了敦煌绿洲的植被覆盖度信息。在基于NDVI提取植被覆盖度时,选取了基于NDVI的像元二分模型;在混合像元分解过程中,对遥感影像进行波段反射率归一化处理和最小噪声变换(MNF),确定了3个类型端元:植被、不透水表面/土壤、水体/阴影;最后利用高分辨率遥感影像验证对比了两种提取方法的精度。结果表明:混合像元分解更能准确地提取敦煌地区植被覆盖度信息,其线性相关系数为0.8915,均方根误差为0.0882,而且提取结果更符合实际情况,可以为敦煌植被状况监测及生态环境保护提供科学建议。

青藏铁路典型路段风沙灾害现状与机械防沙效益估算

通过对青藏铁路格尔木—拉萨段沿线风沙灾害的实地调查,发现该路段风沙灾害具有时空分布相对集中,沙源复杂多样,以轻微沙害为主,潜在危害严重的特征。对红梁河、北麓河、沱沱河、扎加藏布和错那湖段等典型路段的沙害进行现场实测,并结合Google Earth影像分析,利用三棱锥柱和趋势模拟的计算方法,估算出重点地段主要防沙设施的积沙量约为1.32×105m3,为制定更加有效的防沙体系提供科学依据。

HDPE功能性固沙障防风效应试验

根据仿生学原理,按照普遍使用并取得显著防护效益的草方格上疏下密式孔隙结构,采用抗紫外线性能强、耐极端气温和抗老化性强的HDPE材料制作出相似孔隙结构的功能性固沙障。通过风洞模拟试验,对比分析HDPE均一型与功能性固沙障的防风效应。结果表明:(1)均一型和功能性固沙障的有效防护距离随着风速的增大呈现指数衰减。(2)在低风速(<14m·s-1)条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障大;而在高风速(>14m·s-1)条件下,均一型固沙障的总有效防护距离比功能性固沙障小。无论风速大小,功能性固沙障网间的有效防护距离都远大于均一型。(3)均一型和功能性防沙网均可用于替代传统的防沙材料,具有极大的应用价值和推广前景。功能性防沙网适宜作较矮的半隐蔽式格状沙障,而均一型防沙网更适宜作高立式阻沙沙障。

沙土内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的关系

沙的摩擦性质是影响沙丘形态的重要因素之一,研究沙土内摩擦角对于探讨床面沙波形态、沙丘流动性、沙丘稳定性、沙丘防护等都具有实际意义。本文实验研究了内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的定量关系。结果表明:当粒径从【0.125mm增大到0.315~0.4 mm时,内摩擦角从32.25°减小到28.06°;而粒径从0.315~0.4mm增大到0.63~0.8mm时,内摩擦角却从28.06°增大到31.47°。主要原因是,粒径小时颗粒的比表面积大,颗粒间接触面积大使得内摩擦角大。粒径大时,颗粒表面棱角突出,颗粒间嵌入咬合作用明显使得内摩擦角大。当含水率从0%增加到15%时,内摩擦角从29.07°增大到31.84°;而含水率从15%增加到20%时,内摩擦角却从31.84°减小到30.75°。主要原因是一定含水率下沙土表现出黏聚性,而高含水率下水的润滑作用使得颗粒间摩擦力减小。内摩擦角与天然坡角都反映沙土摩擦特性,两者相等。

三维激光扫描仪在风沙观测中的应用

针对观测环境恶劣且纹理信息不丰富和特征不明显的风沙地物,该文以徕卡ScanStation C10三维激光扫描仪为例,提出了一套适用于风沙领域的观测方案,并梳理室内外工作流程。详细阐述观测方案中控制点、设站、活动标靶等空间布设要求及拼接方式,总结技术难点并提出解决方法。通过与传统测量设备全站仪进行比对,检验该方法的可靠性。基于风沙地貌、风沙灾害和防沙措施效益评估等研究方向的实践与应用表明,该方案不仅确保测量精度,提高野外工作效率,还可降低后期数据处理的工作量和难度。