反向沙丘形变特征与动力学过程研究

Sand dunes geomorphology development and dynamics are the important issues in the aeolian geomorphology researches, and the field measurements is the most important measurement method. Reversing dunes are one of the most important dune types, which had widely distributed in China desert and others worldwide desert, however, there are few researches on this dune type in aeolian geomorphology and caused many dispute on dune type classification, dune geomorphology development and dune formation environment. Therefore, this project selected the reversing dune as study object, used the field investigation and measurement, image interpretation, and indoor test method to study the relationships between dune geomorphology, regional wind regime, near surface air flow, sand transport and depositional environment during the reversing dune formation and development. The results can clarify reversing dunes formation environment, the morphological maintenance and deformation dynamic mechanism, which also can provide information on confirming the reversing dunes morphological threshold, location in the sand dune evolution sequence, and rebuilding the reversing dunes geomorphology development. Others, the research production have theoretical and practical significance on improving aeolian geomorphology formation theory and reasonable set up sand control facilities.

沙丘形变特征和动力学过程是风沙地貌研究的重要内容，野外观测是其研究的最重要手段。反向沙丘是广泛分布于我国及世界其它若干沙漠的一种重要沙丘类型，但目前风沙地貌学界对反向沙丘的研究成果较少，从而导致了对其分类、形变过程和发育环境还不明确。因此，本项目选择反向沙丘作为研究对象，采取野外调查与试验、遥感影像解译和室内试验相结合的方法，深入分析反向沙丘形变过程中沙丘形态与风况、近地层气流、风沙流和沉积环境之间的相互作用，阐明反向沙丘的发育环境和形态维持与形变的动力学机制，为确定反向沙丘的形态临界阈值，其在沙丘形态演变序列中的位置和重建反向沙丘形变特征提供理论依据。该研究成果对于完善风沙地貌形成理论和合理配置防沙治沙工程沙障具有重要的理论和现实意义。

反向沙丘是指在相反方向风作用下形成的沙丘，有两个落沙坡，分别对应两个风向。本研究通过对腾格里沙漠东南缘反向沙丘形变过程、形成环境、形态动力学过程、沉积物粒度时空差异和沉积构造的野外观测与模拟。研究发现，1）反向沙丘的形态演变经历了横向沙丘——反向沙丘——过渡沙丘——横向沙丘的形态演变序列。2）从推平的沙丘开始，沙丘以0.38米/年的速度增高，与2018-2019的实测资料吻合。3）反向沙丘的脊线在西北风和东南风作用下往复运动。腾格里沙漠东南缘西北风强，所以整体向东南方向移动。2008-2009年的的移动速度为1.79米/年。4）风向控制沙丘表面的沉积物粒度特征。西北风时，平均粒径与分选系数之间呈线性关系。东南风时，平均粒径与分选系数之间呈二次函数关系。5）气流入射角方向影响近地层气流特征。背风坡风向偏转受入射气流的影响，西北风时，背风坡形成反向偏转流；东南风时，背风坡形成偏转流。丘顶入射角度与脊线垂直方向的夹角相同，但左右两侧风速与风向非对称分布。6）沙丘形态亦影响近地层气流。横向和反向沙丘时，背风坡较陡，越容易发育反向涡旋。沙丘间隔越大，低速区发育范围越广，高度越高。随着沙丘高度增加，丘顶高速区的高度增加，背风坡低速区的高度也增加。西北风时，背风坡发生反向偏转。东南风时，背风坡不发生反向偏转。沙丘形态呈对称时（过渡态），沙丘的迎风坡与背风坡气流的发育模式基本对称。