库布齐沙漠格状沙丘的发育与变形研究

Reticulate dunes are widely found around the world, and their development and morphodynamics are sensitive to environmental changes and influence dune landscapes on a regional scale. In particular, reticulate dunes are prevalent in China and can be found in Hobq Desert. The project will combine field measurements with GIS and Remote Sensing techniques to investigate the morphological parameters, analyse the influence of environmental controls on the morphological variations of reticulate dunes in these deserts, and clarify dune morphodynamics on different spatial scales. Wind velocities and sand transport will also be measured in order to unveil flow dynamics over dune surfaces, and the fundamental mechanism that governs the morphology of reticulate dunes. Analyses of sedimentary structure will also assist in understanding how wind regime influences the morphology and mobility of reticulate dunes. Understanding the formation and evaluation of reticulate dunes have important implications for paleoenvironmental reconstruct and dune landscape management.

格状沙丘在世界沙漠中分布比较普遍，其发育和变形反映了区域沙丘格局的形成演变及其对环境变化的响应。本项目拟在库布齐沙漠，采用地面实地测量、定位观测、遥感监测和空间分析相结合的方法，开展景观尺度上沙丘形态计量学测量与分析，研究格状沙丘格局的时空变异及其与环境要素之间的关系；开展典型区沙丘形态的重复测量，阐明沙丘发育与变形的关键形态及其变化规律；开展风沙输移的观测与测量，探讨沙丘发育、稳定及变形的动力机制；解析沙丘沉积构造与沙丘形态、动态和风况之间的关系，建立格状沙丘沉积模式，反演格状沙丘的发育过程。项目研究可为理解沙漠形成演化和实施防沙治沙工程提供理论参考。

格状沙丘是平面上呈网格状的沙丘组合格局，在全球沙漠中分布广泛，但研究程度较低。库布齐沙漠格状沙丘发育典型，且在空间上与其他类型沙丘格局之间过渡性明显，是研究沙丘格状格局的发育与演变的理想场所。本项目通过对多时高分率影像数据监测与分析，结合气候要素尤其输沙风况的时空分布，获得了库布齐沙漠沙丘格局参数的空间分异和时间变化。发现，库布齐沙漠沙丘格局参数相互之间具有良好的趋同性和对应性，沙丘主、副梁走向之间始终保持近乎垂直；近50年来因风能减小和丘间植被增加，格状沙丘整体移动速率持续减小，主、副梁数量减少，主、副梁长度比和间距比均增加。开展了地形重复测量和风沙观测，分析了不同风况环境中格状沙丘不同地貌单元的形态变化、风沙输移及动力学机制。结果表明，在季节性变换的风况环境中格状沙丘主副、梁具有各自不同的气流结构和蚀积模式；顺风向相连的副梁和主梁缺陷端是沙丘间沙物质交换的主要通道；短副梁的出现与消失以及副梁上半段加积与侵蚀等导致沙丘主梁脊线弯曲和脊顶分离与重合。通过对人工开挖剖面的测量，解析了格状沙丘主、副梁的层理沉积构造。格状主梁以滑落面沉积为主形成高角度板状颗粒流交错层理；副梁以沙纹沉积为主，形成双向倾斜的中-低角度楔状颗粒流-沙纹交错层理。根据调查、测量和观测结果的综合分析，探讨了库布齐格状沙丘形成环境，发育、维持及变形的形态计量学临界条件。库布齐格状沙丘是在特征双向风条件下由新月形沙丘迁移并聚集而生成，当格状沙丘主梁状规模增大到一定程度时，变形为复杂横向沙丘。此外，项目还对沙区风水两相相互作用及其对沙丘发育和格局演变的影响、沙漠边缘沙丘固定与活化过程中形态演变，以及风蚀坑形态动力学等方面也做了较为深入的观测与实验，揭示了风况、降水和植被等环境要素对风成地貌形态发育与格局演变中的作用。