阿拉善戈壁地区新月形沙丘形态特征与动态演变过程研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zly13631743
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研究区为巴丹吉林沙漠东北缘的阿拉善苏宏图戈壁地区,本项研究以多年的气象数据、野外观测结果、多期的新月形三维激光点云数据和风洞模拟数据为基础,立足于长周期监测和短周期观测、定量分析和定性分析的基础上,为揭示阿拉善戈壁地区新月形沙丘的形态特征和动态演变过程。主要研究结论如下:(1)2016~2020年苏宏图戈壁地区年输沙势介于591.0 VU~656.6 VU之间,合成输沙势介于402.8 VU~456.8 VU之间,该区域全年盛行WNW和ENE风,风向变率RDP/DP约为0.67,是典型的钝双峰风况,属于高风能环境,风沙活动基本上以风蚀为主。(2)戈壁区新月形沙丘之间存在明显的相关关系,两翼对称度与其他沙丘形态参数间的相关系数(R~2)均在0.6以下。此外其他形态参数两两之间均呈极强相关性,相关系数(R~2)均在0.8以上。阿拉善戈壁地区新月形沙丘的运移规律为:新月形沙丘在数量上呈现减少的趋势,且沙丘的运移方向由NW~EN方向移动,移动方式为前进式,其平均移动方向的方位角约为141.25°,年平均移动速度约为22.36 m/a,该研究区的新月形沙丘的移动轨迹为曲线运动而非直线运动,且沙丘在曲线运动的同时,自身发生顺时针或逆时针的旋转。(3)根据2015~2021年沙丘形态的变化数据分析,研究区的部分沙丘整体高程减小,但区域沙丘的坡度均有变缓的趋势;沙丘的表面积和体积总体呈现减小的趋势,可以推测该研究区的新月形沙丘处于逆向演化的过程。(4)根据新月形沙丘形态参数与移动速率之间的拟合关系分别为:随着沙丘内弧长Li、沙丘外弧长Lo、沙脊线长Lr、沙丘长度L、沙丘高度H和沙丘弦长Lc的增大,沙丘移动速率逐渐减缓;随着沙丘表面积和体积的增加,沙丘移动速率逐渐减小。(5)不同部位表面沉积物变化可知,戈壁地区的不同新月形沙丘的表面沉积物粒径的分布范围较广,粒径从极细砾至粗粉沙颗粒皆有分布(-2φ~5φ),其中极粗沙、粗沙以及粗粉沙的百分含量较少,基本上以中沙、细沙和极细沙为主。(6)不同来流风向下,沙丘迎风侧与背风侧水平、垂直气流场及气流速度变化均有所差异。随着来流角度的增加,沙丘背风侧形成的分离涡大小会有所差异,当来流风向为90°与270°时,近地表气流运动轨迹圈基本对称,两翼角绕流量基本相同;当来流风速为135°、180°及225时,近地表气流运动轨迹圈主要分布在0~-40cm。不同来流风向为135°与225°、180°与270°气流速度变化趋势基本一致。(7)一次尘暴过程中新月形沙丘表层流场形式高度相似,只是在空间尺度上存在差异。以旷野风速为13.09 m/s,风向角度为260°~270°为例说明,沙丘表面的气流场整体变化形式为:气流遇阻在沙丘迎风坡坡脚处气流减缓,形成气流减速区,气流降至8.7 m/s,被压缩的气流一部分沿沙丘的迎风坡加速上升,逐渐从8.7 m/s抬升至9.3 m/s,而另一部分气流沿着沙丘的边缘进行分离绕流运动,其离线密度逐渐变稀疏。当气流运行至沙丘顶部时速度达到最大,随后一部分气流沿中轴线位置经过沙丘的背风坡位置,由于背风坡的落差高度,产生了横向的压强差,产生二次流,在沙丘的背风坡产生涡流速度降至最小,并最终与主流汇合,之后气流又开始增加,并逐渐恢复至旷野风速,由于气流不在受两个翼角的束缚。另一部分沿着沙丘两个翼角逐渐拉长流线。
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