1、 本文由5zxrdlak36贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第 18 卷 第 4 期 2004 年 7 月干 旱 区 资 源 与 环 境Jou rna l of A rid L and R esou rces and Environm en t. V o l 18 N o. 4 J u ly. 2004文章编号: 1003- 7578 (2004) 04- 029- 05简单横向沙丘表面物质组成、 气流分布及其在动力学过程中的意义王训明 董治宝 赵爱国( 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 沙漠与沙漠化实验室, 兰州, 730000)提
2、要: 对简单横向沙丘的形态特征、 气流、 表面以及被输移的沙物质组成的观测和分析 表明, 沙丘形态特征和表面物质组成的分异是导致沙物质在迎风坡坡脚不能沉积并向下风向 输 的 要 。 对沙丘 风坡气流观测表明, 在沙丘 风坡 面的 气流 能 的 , 其输沙 向与沙丘 向 , 并 的输沙能力, 其 被 在 风坡 , 对 沙丘形态 要的 。 在风沙观测中气流的流和动被 currency1, “风并不能fifl气流的 质。 在- 中 风沙动过程中, 被输 的沙物 质的 组成与下面物质 明 的异, 被输 沙物质的“ 下面沙“, 输沙过程是 ”的机过程。 特 区 , 的沙物质不被 积形成沙丘, 过 的动力
3、学过程, 形成 动态的区沙丘 分布 。 : 横向沙丘; 物质组成; 气流; 动力学过程中分号: P 931. 3 文献 : A 沙丘形态的 要被沙源 、 表 气流、 区风环境以及其 气 化、 面 所 1- 3 。 沙丘 到 的 , 迎风坡气流 被 和 导致 气流被, 力 , 沙物质 迎风坡向 风坡 向输 4, 5 。 20 年 , 沙丘的形态以及动力学过程过观测 4 、 风实验 5 的 。 , 横向沙丘迎风坡的气流 质 4 、 气流与输沙 的 6 、 沙丘 风 坡的流 7 、 动力学过程的 8 到 较详细的研究。 其中 沙丘形态动力学过程 的 由 观测的困难, 或者根据理论 ”建立的需要被cu
4、rrency1。 沙丘迎风坡在观测时常被看 线坡, 实际条件下, 部分区所 的沙丘, 尤其是在丘 上所 的孤立横向沙丘, 迎风坡 坡脚至丘顶坡 明 的 化, 沙丘 点和边缘点的分离与合的现象也时 生 2 ; 另, 多学 者在对沙丘形态动力学研究中, 般 沙丘表面的沙丘沙 组成看 较“ , 实际中, 沿沙丘 面沙丘沙的组成 明 化 9 , 且对沙丘表面输沙的分布 极 的影响; 再者, 沙丘 风坡气流 以及输沙的分布在前人的研究文献中较少, 其在沙丘的 过程中对沙丘形态的 要的 意义 1, 2, 9 。 本文 过实 观测和室 分析 手段, 对 简单横向沙丘的动力学过程进行 初步的 。 要 法为沿简
5、单横向沙丘面分析物质组成、 输沙、 气流特征、 沙丘形态 化 , 并结合前人的研究成果, 对其形态动力学过程进行讨论。1 研究 法以及样本沙丘形态特征研究区位 塔克拉玛干沙漠中心的塔中 区 ( 39 , 83 ) , 该区的自然环境和风沙 特 01 N 39 E 征在文献中已 所表述 10 。所选择的样本沙丘位 线形沙丘的丘 上, 沙丘 1. 62m , 宽 13. 67m , 迎收稿日期: 2003- 10- 22 基金项目: 国家杰出青年科学基金 (40225003) 资助。 者简介: 王训明 (1970- ) , 安徽安庆市人, 博士, 副研究员, 事风沙物理、 风沙 研究。1995-2
6、005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.30? 风坡长 15. 10m , 向为 N 52。在 E 样本沙丘的上风向 距离 无 其它单体或生沙丘。沙丘形 态以及表面测点布置 1 所示。 风沙观测的 容包括沙干 旱 区 资 源 与 环 境第 18 卷丘表面输沙, 不同 风, 沙 丘表面沙物质 组成以及沙丘 1 样本沙丘的形态以及测点布置示意 形态 。 风沙观测期 , 起沙风 F ig. 1 o rp ho logy of the sam p le dune and m ea su ring sites M
7、向与沙丘 向基本行。在起沙风 生和风沙观测以前, 预先采沙丘表面沙样品, 然 铁杆明积沙仪旋转和风杯设置部位。 风采 要应 为 2cm , 起动风为 40cm s- 1 的风杯同步采不同测点的风, 同时利 风向监测风向 的 化, 并采 摄影的 法记录各观测点风向 化, 风向 化时, 即停止据采; 输沙测 时 要根据风向以及风的稳 程 ,般在风向稳 时, 取样时 为 10m in。积沙仪所采的沙样 1 1000 电子天 , 其样品被 分析。 分析仪 采 M a stersizer2000, 其测 为 0. 5- 2000 。 m2 沙丘表面以及被输移沙的 组成以及其对起动 的影响沙丘的迎风坡至沙
8、丘顶部输沙 的 在文献中已 的表述。 下面与被输 移沙的 组成分析, 沿沙丘横面 较 的异。 在 A - L 12 测点, 表 沙“在 225120 化; 被输移沙“ 与下 沙物质 的不同: 在所进行的输沙观测中, 沙丘的迎 m 风坡所被输移的沙物质“在 110- 130 化, 下 沙物质的 且“在 0. 53 m - 0. 61 动 ( 表 1) , 由 可 , 在中 风沙动 下, 沙丘表面的物质输 然 的分选 过程, 沿沙丘面下面 组成 的 化, 风沙过程 是 机现象。表 1 表面沙丘沙以及被输移沙的 组成T ab. 1 Pa rticle size com ponen ts on dun
9、e su rface and of being tran s- portedA B C D E F G H I J 222 112 121 195 123 122 209 128 125 120 127 122 142 117 113 152 119 124 120 198 225 212 -下面 组成 输沙沿沙丘面的分布。B agno ld 11 提出: - 1 2 p a ( 1) t= A ( 3 gd ) a 中 V 3 t 为起动 ; A 为常, 其在 0. 08- 0. 118 化 9 , 在本文中取为 0. 1; 为沙物质 p - 3 - 3 , 在塔克拉玛干沙漠 区, 般取为
10、2650kgm; 为 气 ( 1. 20kgm ) ; g 为力 ( 9. a8m s- 2 ) ; d 为沙物质“ ( ) ; k 为 Ka rm an 常 ( 0. 4) 。 m Iversen and R a sm u ssen2 12 中, t0 为 面上起动 ; t 为在坡 为 时的起动 ; 为 , 在研究区 3 3 为 34 。 坡 、 “ , 气流 质是 起动 的要 , 在不同气流 态下, 起动1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.明 的动 13 , “起动 的研究 的意义。
11、在本项研究中 要 1m in. “风 , 其 难对气流的动 出详细 , , 本文在讨论起动 时气流的动以及 被currency1。 根据 1 和 2, 沿样本沙丘横面不同测点的起动 的不同, 其 结果 表2 所示。测 点 “ ( ) m 表面 输移 “ ( ) m 沙1 输移 “ ( ) m 沙2 沙丘KL222 -213 -1. 86 0. 54 0. 591. 33 0. 61 0. 541. 60 0. 60 0. 610. 57 0. 61 0. 590. 64 0. 58 0. 530. 65 0. 54 0. 540. 531. 202. 151. 331. 882. 11为坡 对
12、起动 的 可以表 为:t 3 sin = + co s 3 t0 tan 2( 2)第4期王训明 简单横向沙丘表面物质组成、 气流分布及其在动力学过程中的意义表 2 样本沙丘沿面不同测点起动 分布 (m s)T ab. 2 ind velocity d istribu tion a t the m ea su ring spo ts W测 点V3 t A B C D E F G H I J K L 0. 219 0. 206 0. 221 0. 178 0. 202 0. 200 0. 207 0. 221 0. 214 0. 219 0. 21531?由 可 , 由 沿面下 物质的异, 气流
13、 沙物质 丘 向沙丘迎风坡输 时, 风沙 流在迎风坡坡脚并 到和 态, 且起动 明 的动, 根据输沙与 的应 输沙 程 输沙 的 14 。 即 理论上对输沙 进行 , 在迎风坡坡脚的 下由 风沙流 不和 态也 难导致在 部位输沙 所下 , 与 W igg s 15 所提出的迎风 坡坡脚 下 导致沙物质在坡脚沉积 所; , currency1沙丘迎风坡在风沙流动 生时风 线不“对已 被 同, 研究输沙与气流的另 是 过 气流的 化 fifl输 沙的 化 4 , 沙丘迎风坡至沙丘顶部, 风fifi被fl , , 在沙丘形态、 物质组成 的 下, 沙物质 过沙丘顶部向 风坡输 , 在区风环境的 下形
14、成 形态的沙丘。3 沙丘表面气流的分布3. 1 沙丘迎风坡气流特征自 B agno ld ( 1941 ) 对沙丘迎风坡气流进行研究以 , 迎风坡气流特征在风实验 12 、 风沙观测 中 4 到 较详细的 。 在沙丘的形态动力学过程研究中, 另 常示风或气流 质的是风 , 其 义为 1, 2, 9 : S= 示。 ref ( 3) s 中 S 为风, 和 分为沙丘顶部以及迎风坡坡脚 面上的风。 所 结果 2 所 ref s 观测结果分析, 简单横向沙丘迎风坡在不同 、 不同测点风 的 , 的 并 , 在不同观测中, 风风的 化 的异, 与点的风 并 学者 为气流流线特征对沙丘形态动力学过程 明
15、 的影响, 气流流线的影响沙丘迎风坡 面上的力的分布: 下”流线或气流的能 沙丘表面力 , 上流线形 或气流 fi的 16 。 对沙丘迎风坡表面气流流向目前 采 观测, 另 法 是根据采 沙 沙丘 风坡气流 要包括 分离气流、 向气流, 以及与 风向 致的表面流 19 。 般 , 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.不 同。 沿沙丘 向, 迎风坡坡脚风被fl , , fl 的 较稳, 至沙丘顶部 再 fl 。 在 B 观测点, 其 在 1. 04- 1. 22 化, 在沙丘顶部, 风在 1
16、. 20- 1.48 。 不同 上风fl 的 看, 各观测点 所不同, 在 般下, 以 10cm 和 60cm 风fl 现象尤为 , 可能与沙丘形态和沙丘 , 沙丘 , 沙丘本形态对气流的fi , 沙丘形态 到 , 形态与气流 应, 在沙丘上风向 的沙源 应 时, 沙 丘形态 动态段, 其形态 到 。不在 , 在 上, 据 现明 的 分布。 风的 化可能与迎风坡坡 、沙丘 、 尤其是气流的 质 的。 “风 难表示与其 沙丘形态特征的, 并不是 输沙分布的 2, 9 。移的 向进行 17 。W igg s et a l 16 提出 沙丘形态与气流 到动态时, 在单 风向以 及风沙流 分和时简单横
17、向沙丘迎风坡气流 行 。 要 成 的 点与边缘点分离的沙 丘迎风坡 分为 3 区, 即迎风坡坡脚 区, 迎风坡中部 区, 以及 沙丘顶部的 积区。 在迎风 坡坡脚区, 气流流线 要表现为下”形 , 气流, 为输沙区; 迎风坡中部, 流线上, 气流, 也为输沙区; 沙丘顶部, 流线上, 气流, 为积沙区。 其 为理 态下的气流流线特征与 力、 沙物质 移 的, 在实际下, 风向多 , 风向与横向沙丘 向 时, 由 沙丘面形 要表现为不对 物线形态, , 沙丘迎风坡不同部位也可能出现 风坡气流中出现的fi向流和 向流 形 , 难采 W igg s et a l 16 提出的 。 3. 2 风坡气流
18、特征 多的沙丘形态动力学过程研究中, 由 实验条件或仪 的 , 无论在风实验是在风沙观测 中, 沙丘 风坡气流特征 少 到研究。在目前的研究文献中, 对横向沙丘 风坡气流 的表述。32? 风坡所 的 流的 , 其对沙丘形态的 在文献中已 的表述。 为 对 风坡气流特征 的 , 者对样本沙丘 风坡 气流特征进行 观测。 所 到的结果看, 沙丘 风坡风表现明 不同 迎风 坡的气流特征, 先, 风坡气 流 向与迎风坡 明 的异,干 旱 区 资 源 与 环 境第 18 卷沙坡坡脚至沙丘下风向 距离, 气流 向 与沙丘 向 2 样本沙丘面风分布 风, 观测点与风同 风 ref s ref fifi转向,
19、 至 12H F ig. 2 V aria tion s of the w ind velocity a long the sam p ling dune. In the figu re . refer to the w ind velocity in the reference m ea su ring loca tion, and refers (H 为沙丘 ) 以, 气流 向 to the w ind veocity of the sam e heigh t w ith the reference w ind velocity. 与沙丘上风向气流基本 向 T he m ea su rin
20、g loca tion s are iden tified in the F ig. 1 致 ( 3 ) ; 其, 无论沙丘迎 风坡风线是 “对, 沿 向上 向风 的 , 沙坡坡脚 并不“ 。 所观测的据看,沙坡坡脚的风 要表现为 ( 10cm ) 风较 , 与同 风 , 为风的 86% , 沿 向, 风 , 40、 、 60 80cm 风 分为同 风的 17% 、 27% 和 13% ( 2、 ) 。 3 风分布在沙丘形态动 力学过程中 的意义: 风沙 动要是 动, 风坡风过起动风, 生与迎风坡风向 3 风坡气流的分布及转向过程且 要 风坡的风沙流, 在风沙流 F ig. 3 L ee- s
21、ide a irflow vecto rs. T he va lues a t each 下, 以及迎风坡沙物质向沙坡的输移, 沙丘 loca tion ind ica te the ra tio s of w ind velocity in m ea su ring 风坡的形态 以 18 。 10cm 上 坡的风 site w ith tha t of reference site a t the sam e heigh t. 到同 风的 86% , 且 风坡沙物质的 组成在沙丘所 部位中细, 在样本沙丘表面, 沙坡沙的“ 为迎风坡坡脚的 57% , 迎风坡中部的 84% , 沙丘顶部的 7
22、9% , 明currency1 风坡 气流 所 , 沙物质的 能 风坡所 的流 常 的输沙能力, 风坡沙丘形态。4 初步结论上所述, 对简单形态的横向沙丘的气流、 物质结 、 形态特征 的观测表明, 沿沙丘面, 起动 较 的异。 起动 化与不和风沙流是 成沙物质在迎风坡坡脚不能 生沉积且向下 风向输 的 要 。 对沙丘 风坡所 的流观测表明, 沙丘 风坡在 面 气流 的 , 其 的输沙能力, 其输沙 向与沙丘 向 , 其 在 风坡 , 对沙丘 风坡形态 要的 。 沙丘迎风坡坡脚至沙丘顶部, 风和输沙“ , 般 态下沙丘顶部 到 , 与 多学者的结论 。 由 组成、 形态 的 化, 不同沙丘表面
23、所 观测的输沙 明 的不同, 在风沙观测中流和动被currency1, “风并不能fifl气流的 质。 在中 风沙动过程中, 被输 的沙物质的 组成与下面物质 明 的异, 被输 沙物质的“ 下面沙“, 输沙过程是 ”的机过程。 的沙物质不 被 积形成沙丘, 过 的动力学过程, 形成基本上 动态的沙丘 分布 。 沙丘 的起源、 以及 是 的动力学过程, 其动力机 到 。1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第4期王训明 简单横向沙丘表面物质组成、 气流分布及其在动力学过程中的意义 文献33?
24、1 Pye, K. , T soar, H. A eolian sand and sand d ep osits M . U nw in H ym an, L ondon, 1990, 396pp. 2 L iving stone, I ,W arren, A. A eo lian geom orp ho logy- an in troduction M . A dd ison W esley L ongm an L i ited, L ondon. 1996, 211pp. . m 3 L ancaster, N. Geom o rp ho logy of desert sand seas. In: Goud ieM . A. S. et al ( ed. ) A eolian env ironm en ts, sed im en ts and landf orm s, John . W iley dune sand s; a irflow ; dynam ics p rocess1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1
