毛東雷, 雷加強, 王 翠,

周 杰1,3,4, 再努拉·熱和木吐拉1,3,4, 薛 杰1,3,4

(1.中國科學院 新疆生態(tài)與地理研究所, 新疆 烏魯木齊 830011;

2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 新疆 烏魯木齊 830054; 3.中國科學院大學,

北京100049; 4.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng) 國家野外科學觀測研究站, 新疆 策勒 848300)

新疆策勒縣沙漠-綠洲過渡帶風沙流結構及輸沙粒度特征

毛東雷1,2,3,4, 雷加強1,4, 王 翠1,3,4,

周 杰1,3,4, 再努拉·熱和木吐拉1,3,4, 薛 杰1,3,4

(1.中國科學院 新疆生態(tài)與地理研究所, 新疆 烏魯木齊 830011;

2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 新疆 烏魯木齊 830054; 3.中國科學院大學,

北京100049; 4.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng) 國家野外科學觀測研究站, 新疆 策勒 848300)

摘要：[目的] 為了分析3個不同下墊面近地表風沙流結構差異及輸沙粒度特征，為輸沙模型的建立提供理論依據(jù)。[方法] 對策勒綠洲—沙漠過渡帶風速梯度和輸沙率進行野外觀測，采用擬合函數(shù)回歸方法分析。[結果] 在0—200 cm高度范圍內(nèi)，流沙地近地表輸沙率或輸沙通量與高度服從指數(shù)函數(shù)或?qū)?shù)函數(shù)關系，且擬合程度較高；半固定沙地近地表輸沙率或輸沙通量隨高度服從指數(shù)函數(shù)關系，擬合程度中上等，稍差于流沙地；固定沙地輸沙率隨高度變化服從多項式函數(shù)關系，擬合程度中等—差。[結論] 平均風速較大時，流沙地、半固定沙地地表輸沙率或輸沙通量隨高度變化多服從指數(shù)關系，且擬合程度好于平均風速較小的輸沙階段；近地表躍移、蠕移沙粒無論在垂向還是在水平方向上，離地表越高或離綠洲越近其各高度輸沙率和沙粒平均粒徑都有變小和變細趨勢，在水平方向上流沙地輸沙沙粒分選性依次好于半固定沙地、固定沙地，分選性多屬于中等或中等偏上；所有輸沙沙粒的偏度值分布在-0.06～0.05之間，越靠近綠洲輸沙沙粒越細；所有躍移、蠕移沙粒峰態(tài)值分布在0.92～1.05之間，屬于中等峰態(tài)。

關鍵詞：風沙流結構; 輸沙; 粒度; 特征; 沙漠—綠洲過渡帶; 策勒

風沙流結構是風沙流研究的一個重要內(nèi)容，它是指氣流中單位面積、單位時間輸沙量隨高度的分布及其變化規(guī)律[1]。國內(nèi)外大量的風洞或野外試驗有關海岸沙脊、流動沙丘、流沙地、不同植被蓋度下墊面、高原農(nóng)田等表面的輸沙率(量)與風速關系及其結構特征已進行了大量的研究，其得出基本一致的結論：在距離地表0—20 cm高度范圍內(nèi)，輸沙率與超過沙粒起動風速的3次方成正比[2-4]，輸沙率(量)隨高度分布呈指數(shù)遞減規(guī)律[2-15]。屈建軍等[16-17]通過對戈壁風沙流結構特征進行研究，指出戈壁近地表風沙流結構呈現(xiàn)“象鼻效應”。沙物質(zhì)機械組成及分選程度、近地面流場特征、空氣濕度、下墊面形態(tài)及植被結構等都在不同程度上影響風沙流結構特點，使風沙流結構可能存在地域差異性[18]。沙漠—綠洲過渡帶是沙漠與綠洲生態(tài)系統(tǒng)的連接地帶，其生境脆弱、敏感、易變，是綠洲與沙漠生態(tài)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)、能量轉換及信息傳遞的場所[19]。本文針對新疆策勒縣沙漠—綠洲過渡帶不同下墊面春夏季風沙流結構特征進行野外觀測，初步探討了其差異的原因，為更好地深入研究沙漠—綠洲過渡帶地表風沙活動規(guī)律，理解風沙流和不同下墊面相互作用機制，為綠洲提供防沙固沙措施等提供重要的理論依據(jù)和實踐價值。

1研究區(qū)域概況

新疆策勒縣位于塔克拉瑪干沙漠南緣與昆侖山北麓之間，地理坐標為80°03′24″—82°10′34″E，35°17′55″—39°30′00″N，屬典型內(nèi)陸暖溫帶荒漠氣候。夏季炎熱，干旱少雨，光熱充足，日照時間長，晝夜溫差大。極端最高氣溫41.9 ℃，極端最低氣溫-23.9 ℃。多年平均降水量為35.1 mm，年潛在蒸發(fā)量2 600 mm。由于地處塔里木盆地兩大主導風向(NW，NE)的下風區(qū)域，風沙災害頻繁，多年平均沙塵日數(shù)25.2 d，最多年高達59 d，每年8級以上大風3～9次[20]。在歷史上策勒縣城曾3次因風沙埋沒而被迫遷移，風沙災害天氣嚴重制約著當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展。研究區(qū)風向以WNW，W風為主，頻率占62.43%～76.25%，NW風次之，頻率占17.75%[21]。流沙前沿到半固定沙地、固定沙地、綠洲內(nèi)部2 m高處年平均風速依次為2.36,1.75,1.6和0.96 m/s。

2野外試驗設計及研究方法

沿策勒沙漠—綠洲過渡帶流沙前沿沿主風向至綠洲邊緣依次布置3個氣象觀測站。氣象站型號為HOBOU 30。觀測指標有風速、風向等。

1號氣象站(No.1)下有流動沙丘分布，地表植被以稀疏高大的檉柳灌叢為主及稀疏的鹽生草、河西菊等，地勢較為平坦，代表流沙地；2號氣象站(No.2)底部主要分布檉柳、花花柴、駱駝刺混生群落，地勢較為起伏，代表半固定沙地；3號氣象站(No.3)下地表分布駱駝刺群落，地勢相對較為平緩，為固定沙地。1—3號點地表植被蓋度分別為3%，27%和67%。觀測儀器包括BSNE積沙儀、單口20 cm高階梯式積沙儀、蠕移積沙儀。BSNE積沙儀安裝10,20,30,50,100和200 cm 6層高度積沙盒。積沙盒輸沙口長寬分別為5和2 cm。全方位蠕移積沙儀積沙口寬1 cm，高5 cm。單口積沙儀分為20層，每層輸沙口橫截面積為1 cm×1 cm。每次觀測時間為30或60 min。選取2012年3次野外實驗的3個下墊面同步風沙流結構觀測數(shù)據(jù)進行分析。對2次輸沙沙樣用Mastersizer 2000激光粒度儀進行粒度分析。根據(jù)?？撕臀值碌墓胶投x求得各粒度參數(shù)。因3號單口積沙儀沙樣收集量較少，未做粒度分析。2次粒度分析樣采集時間為5月21日和6月1日。所有氣象數(shù)據(jù)1 min間隔采集1次。

3結果與分析

3.1　3個觀測階段平均風速變化

在3次風沙流觀測階段，以1號流沙地2 m高平均風速做參照，6月1日沙塵暴天氣的平均風速最大，為9.202 m/s，其次從大到小依次為5月21日，6月22日，6月22日觀測階段的平均風速最小，為6.769 m/s(表1)。0.5 m高處平均風速變化趨勢和2 m高處平均風速變化一致。觀測階段的平均風速越大，其不同高度的0—20 cm高度輸沙率或0—200 cm高度輸沙通量也相應增大。

表1　3個觀測點不同觀測階段平均風速

注：No.1，No.2，No.3分別代表3個氣象站的觀測點。下同。

3.2風沙流隨高度的變化和3個典型下墊面風沙流結構差異

5月21日在0—20 cm高度范圍內(nèi)，流沙地和半固定沙地輸沙率隨高度變化都符合指數(shù)函數(shù)關系，擬合程度較好。3號固定沙地輸沙率隨高度分布符合多項式函數(shù)關系，但擬合程度較差。在200 cm高度范圍內(nèi)，流沙地近地表輸沙通量依次大于半固定沙地、固定沙地，且輸沙率和高度之間變化都表現(xiàn)出指數(shù)關系，流沙地和半固定沙地擬合程度較好，固定沙地擬合程度中等偏上，確定系數(shù)為0.771 7(圖1)。

圖1　2012年5月21日3個下墊面風沙流結構及擬合曲線

6月1日是所有風沙流觀測期平均風速最大的階段，其輸沙率都大于其余觀測階段相同下墊面和高度的輸沙率。在近地表20 cm范圍內(nèi)，流沙地和半固定沙地近地表輸沙率隨高度變化都遵從指數(shù)關系，且擬合程度都較好，固定沙地輸沙率隨高度變化不符合一定的函數(shù)關系(圖2a)，規(guī)律性較差。在0—200 cm高度范圍內(nèi)，流沙地和半固定沙地近地表輸沙通量隨高度變化都服從指數(shù)函數(shù)關系(圖2b)，擬合程度都較好，且流沙地的擬合程度稍好于半固定沙地的擬合程度，固定沙地輸沙率隨高度變化不符合一定的函數(shù)關系。

在6月22日同步觀測中，在0—20 cm高度范圍內(nèi)流沙地輸沙率隨高度變化遵循對數(shù)函數(shù)關系，擬合程度較好，確定系數(shù)為0.857 4。半固定沙地、固定沙地輸沙率隨高度變化服從指數(shù)函數(shù)關系，擬合程度中等偏上—較差，其R2分別為0.867 3和0.646 8(圖2c)。在0—200 cm高度范圍內(nèi)，流沙地和半固定沙地輸沙通量隨高度變化都服從指數(shù)關系，擬合程度很好，其R2分別為0.987 1，0.975 6。固定沙地由于受近地表植被的影響，其輸沙率隨高度增加先減小后增大，遵循多項式函數(shù)關系(圖2d)。

圖2　6月1日和6月22日3個下墊面風沙流結構及擬合曲線

在平均風速比較大的5月21日和6月1日觀測階段，0—20 cm范圍內(nèi)，隨著高度的增加，相同高度的累計輸沙含量：流沙地依次大于固定沙地、半固定沙地。2次觀測階段3個下墊面隨高度的累積輸沙含量變化趨勢基本一致(圖3)。在近地表0—10 cm高度范圍內(nèi)流沙地、半固定沙地、固定沙地累積輸沙含量依次為91.02%，79.81% 和79.18%，逐漸減小。在10 cm以上高度，半固定沙地、固定沙地從地面至每層高度范圍累積輸沙含量基本接近，固定沙地略大于半固定沙地。說明流沙地近地表隨高度增加，輸沙含量相對減少速度快，近地面風沙流中沙物質(zhì)濃度相對較高。在平均風速比較小的6月22日觀測階段，近地表4 cm高度范圍內(nèi)，固定沙地的累積輸沙含量依次大于半固定沙地、流沙地。在4 cm高度以上，3個下墊面隨高度變化的累積輸沙含量和前2次觀測的變化趨勢基本一致，但在相同高度范圍內(nèi)，固定沙地的輸沙含量略大于半固定沙地(圖3)。這是由于夏季固定沙地、半固定沙地近地表粗糙度大大增加，受植被及地形影響，固定沙地近地表相對輸沙含量表現(xiàn)為最大，4 cm高度以上，流沙地隨高度變化的累積輸沙含量又依次大于固定沙地、半固定沙地。

圖3　3次觀測階段累積輸沙含量百分比隨高度變化

3.3　3個典型下墊面風沙流沙物質(zhì)粒度參數(shù)差異

無論是流沙地還是半固定沙地，在20 cm高度范圍內(nèi)的輸沙沙粒粒徑有從低層到高層逐漸變細的趨勢，但差異不明顯。輸沙沙粒主要由極細砂和細砂組成，含有極少量的中砂和粗砂。平均風速越大，其不同高度輸沙沙粒粒徑分布越相對集中，相對較粗的沙粒分布的比例會相應增多(圖4)。5月21日觀測階段，流沙地單口積沙儀輸沙樣主要集中在30～165 μm內(nèi)。6月1日流沙地輸沙沙粒粒徑主要分布在30～170 μm內(nèi)，半固定沙地輸沙粒徑主要分布在30～170 μm內(nèi)。6月1號流沙地100 μm左右較粗砂粒百分含量均多于其余階段和2號下墊面的百分含量。

注：A1-20表示1號氣象站(No.1)的單口積沙儀120521的沙樣； B1-20C1-20表示2號氣象站(No.2)的單口積沙儀120601的沙樣。表示1號氣象站(No.1)的單口積沙儀120601的沙樣；圖4　1號、2號氣象站(No.1,No.2)的單口積沙儀沙樣粒徑體積及體積累計概率

BSNE積沙儀測得的輸沙沙粒粒徑也主要由極細砂和細砂組成，含有極少量的中砂和粗砂。BSNE輸沙沙樣較粗沙粒體積百分含量從低層到高層和從流沙地到固定沙地都有逐漸減少的趨勢(圖5)，但變化幅度很小。6月1日平均風速最大，1號流沙地輸沙較粗沙粒分布百分含量要大于5月21日相同時間段內(nèi)的輸沙沙粒百分含量。

圖5　3個下墊面BSNE輸沙沙粒體積百分比及體積累積概率百分比

2個輸沙階段1號流沙地的蠕移沙粒中較粗粒徑沙粒百分含量和累積概率百分含量依次大于半固定沙地、固定沙地(圖6)，說明隨著植被蓋度的增加，越靠近綠洲風動力減弱的也越多，地表蠕移搬運的沙粒粒徑也會相應變細。平均風速越大，3個下墊面的蠕移沙粒粒徑相差越大。

圖6　3個下墊面蠕移沙粒體積百分比及累計概率百分比

5月21日3個下墊面蠕移沙粒粒徑主要分布在40～160 μm之間，6月1日輸沙沙粒粒徑主要分布在40～195 μm之間，都主要由極細砂和細砂組成，中砂的含量極少，并且平均風速最大的6月1日輸沙沙粒平均粒徑大于5月21日輸沙沙粒平均粒徑。

2場輸沙階段中，流沙地和半固定沙地近地表輸沙沙粒平均粒徑隨高度的增加總體逐漸減小，從95 μm減小到80 μm，主要由極細砂組成，1號流沙地各高度輸沙沙粒平均粒徑都略大于半固定沙地輸沙沙粒的平均粒徑等級(圖7a)。隨高度增加，流沙地近地表輸沙沙粒的分選系數(shù)是先增大后減小，發(fā)生明顯變化的是在13 cm高度左右。自地表向上輸沙沙粒分選性先變差然后再變好，都屬于中等—偏上(圖7b)。2個下墊面輸沙沙粒偏度值都介于-0.5～0.5之間，相對于中位數(shù)來說分布近對稱(圖7c)；各個高度的輸沙沙粒峰態(tài)值分布在0.93～1之間，屬于常峰態(tài)分布(圖7d)。

圖7　階梯式積沙儀沙樣粒度特征曲線

6月1日流沙地BSNE各高度輸沙沙粒平均粒徑最大，分布范圍80.5～85 μm，主要為極細砂，依次大于2號、3號相同高度輸沙沙粒平均粒徑。3號輸沙沙粒平均粒徑分布在73～77.2 μm之間，流沙地在30 cm高度以上隨高度的增加，輸沙沙粒平均粒徑也逐漸增大，0—30 cm范圍是先增大后減小(圖8a)；半固定沙地、固定沙地在30 cm高度以上都表現(xiàn)出平均粒徑隨高度增加逐漸減小，0—30 cm高度范圍內(nèi)半固定沙地輸沙沙粒平均粒徑隨高度增加先減小后增大，而固定沙地變化則呈相反趨勢。3個下墊面輸沙沙粒分選系數(shù)都介于1.48～1.65之間，多屬于中等—偏上分選性(圖8b)。在6月1日同步觀測中，流沙地BSNE不同高度輸沙沙粒分選性依次好于半固定沙地、固定沙地，說明地表植被能影響到風沙流中沙塵濃度和降低近地表輸沙沙粒的分選性。2次輸沙階段3個下墊面輸沙沙粒偏度介于-0.06～0.02之間(圖8c)，峰態(tài)值分布在0.92～1.04之間(圖8d)，屬于常峰態(tài)分布，相互之間差異不大。

圖8　BSNE積沙儀沙樣粒度特征曲線

蠕移沙樣中，平均風速越大其蠕移沙粒平均粒徑也越大，從流沙地到半固定沙地、固定沙地地表蠕移沙粒平均粒徑逐漸減小，從流沙地到固定沙地，5月21日蠕移沙粒平均粒徑從89.5 μm減小到83.2 μm，6月1日蠕移沙粒平均粒徑從91.5 μm減小到84 μm，主要由極細砂組成。蠕移沙粒都屬于中等—偏上分選性，從流沙地到半固定沙地、固定沙地蠕移沙粒分選性也逐漸變差，越靠近綠洲輸沙沙粒越細。所有蠕移沙粒峰態(tài)值分布在0.93～0.98之間(圖9)，都屬于常峰態(tài)分布，流沙地蠕移沙粒粒徑分布范圍要稍寬于半固定沙地、固定沙地的蠕移沙粒粒徑分布范圍。

圖9　2次輸沙階段蠕移積沙儀沙樣粒度特征曲線

4討 論

在0—20 cm范圍內(nèi)流動沙地輸沙率隨高度變化呈指數(shù)函數(shù)關系、半固定沙地呈對數(shù)或冪函數(shù)關系、固定沙地輸沙量隨高度分布呈對數(shù)函數(shù)關系[11]。無論是流動和半流動沙地，還是半固定和固定沙地，輸沙量隨高度的增加呈負指數(shù)函數(shù)下降[12]，這與在策勒縣野外試驗結果基本一致，但與在固定沙地試驗得出的結論不一致。策勒縣固定沙地輸沙率與高度多服從多項式或指數(shù)關系，且相關性不明顯。固定沙地受植被和地形的影響，不同高度的輸沙率差異較大。

在2 m高度范圍內(nèi)，輸沙通量經(jīng)常會出現(xiàn)隨高度的增加而增加的現(xiàn)象，需要進一步研究來揭示植被及灌叢沙堆地形對近地表不同高度輸沙率的影響。在綠洲邊緣營造防護林時需要考慮較高高度的灌喬木合理配置，有效地減少較高地面的風沙流進入綠洲。另外，單口積沙儀與主風向有不同的夾角時其風沙流結構也會不同。植被能有效地增加地表粗糙度，降低近地表風速和攔截風沙，應通過人工和自然的方法使沙漠—綠洲過渡帶天然植被得到有效生態(tài)恢復，禁止盲目墾荒和過度放牧，發(fā)揮綠洲外圍生態(tài)屏障作用。3個典型下墊面風沙流結構和輸沙粒度特征在水平和垂直方向上產(chǎn)生差異的原因主要是由于自流沙前沿至綠洲沿主風向方向上，隨植被蓋度的增加，近地表粗糙度和摩阻風速逐漸增加，近地表起沙沙粒急劇減少，沿主風向隨搬運距離的增加，沙物質(zhì)發(fā)生分選搬運和堆積，有變細的趨勢；在垂向上，在重力作用下，近地表風沙流中較粗砂粒相對分布較多，隨高度增加，風沙流濃度越小，輸沙粒度特征也會產(chǎn)生變化。

5結 論

(1) 在0—20和0—200 cm高度范圍內(nèi)，流沙地近地表輸沙率或輸沙通量與高度服從指數(shù)函數(shù)或冪函數(shù)關系，且擬合程度較高，半固定沙地近地表輸沙率隨高度服從指數(shù)關系，擬合程度中上等，固定沙地輸沙率隨高度服從多項式關系，擬合程度中等—差，無明顯規(guī)律性。

(2) 平均風速較大時，流沙地、半固定沙地地表輸沙率隨高度變化一般服從指數(shù)函數(shù)關系，且其擬合程度好于平均風速較小的輸沙階段。

(3) 平均風速較大觀測階段，在0—20 cm高度范圍內(nèi)，相同高度的累計輸沙含量為流沙地依次大于固定沙地、半固定沙地；平均風速較小觀測階段，近地表4 cm高度范圍內(nèi)，固定沙地的累積輸沙含量依次大于半固定沙地、流沙地。在4 cm高度以上，在相同高度范圍內(nèi)，固定沙地的輸沙含量略大于半固定沙地。

(4) 0—20和0—200 cm躍移沙粒及0—5 cm高度的蠕移沙粒在垂向、水平方向上離地面越高和離綠洲距離越近，其各高度輸沙率或輸沙通量和沙粒平均粒徑都有變小和變細的趨勢，流沙地輸沙沙粒分選性依次好于半固定沙地、固定沙地，其分選性基本為中等或中等偏上；同一下墊面平均風速越大，輸沙沙粒的分選性會相應變差。

(5) 輸沙沙粒的偏度值分布在-0.06～0.05，沿靠近綠洲方向輸沙沙粒有變細的趨勢；所有躍移、蠕移沙粒峰態(tài)值分布在0.92～1.05之間，屬于中等常峰態(tài)分布；流沙地輸沙沙粒的粒徑分布范圍要依次稍廣于半固定沙地、固定沙地。

[參考文獻]

[1]武建軍,何麗紅.躍移層中砂粒濃度分布特征的研究[J].蘭州大學學報:自然科學版,2002,38(3):15-21.

[2]Bagnold R A. The physics of blown sand and desert dunes[M]. Mineola, New York: Courier Dover Publications, 2012.

[3]Owen P R. Saltation of uniform grains in air[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1964,20(2):225-242.

[4]賀大良.輸沙量與風速關系的幾個問題[J].中國沙漠,1993,13(2):14-18.

[5]丁國棟.野外風沙流結構的定量研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技,1994(4):38-40.

[6]丁國棟.風沙流結構的風洞實驗研究[J].內(nèi)蒙古林學院學報,1994,16(1):40-46.

[7]董玉祥,馬駿.海岸橫向沙脊表面風沙流結構的野外觀測研究[J].地理科學,2008,28(4):507-512.

[8]哈斯.騰格里沙漠東南緣沙丘表面風沙流結構變異的初步研究[J].科學通報,2004,49(11):1099-1104.

[9]王翔宇,樸東均,丁國棟,等.流動沙丘風沙流結構的定量研究[J].水土保持研究,2008,15(2):36-39.

[10]馬世威.風沙流結構的研究[J].中國沙漠,1988,8(3):8-22.

[11]鄒本功,叢自立,劉世建.沙坡頭地區(qū)風沙流的基本特征及其防治效應的初步觀測[J].中國沙漠,1981,1(1):33-39.

[12]哈斯.河北壩上高原土壤風蝕物垂直分布的初步研究[J].中國沙漠,1997,17(1):9-14.

[13]張克存,屈建軍,俎瑞平,等.戈壁,流沙地表風沙流特性研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008,22(10):55-59.

[14]汪季,胡志敏.近地表風沙流結構對不同植被覆蓋度的響應[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005,19(5):30-33.

[15]張華.科爾沁沙地不同下墊面風沙流結構與變異特征[J].水土保持學報,2002,16(2):20-23.

[16]屈建軍,黃寧,拓萬全,等.戈壁風沙流結構特性及其意義[J].地球科學進展,2005,20(1):19-23.

[17]張克存,屈建軍,俎瑞平,等.戈壁風沙流結構和風速廓線特征研究[J].水土保持研究,2005,12(1):54-55.

[18]韓致文.半濕潤地區(qū)風沙流結構的定量研究:以豫北沙地為例[J].中國沙漠,1993,13(3):25-31.

[19]王玉朝,趙成義.綠洲—荒漠生態(tài)脆弱帶的研究[J].干旱區(qū)地理,2001,24(2):182-188.

[20]張鶴年.塔克拉瑪干沙漠南緣─綠洲過渡帶生態(tài)環(huán)境區(qū)綜合治理技術與試驗示范研究[J].干旱區(qū)研究,1995,12(4):1-9.

[21]楊佐濤.戈壁與綠洲內(nèi)的風向風速關系：以新疆策勒縣為例[J].中國沙漠,1990,10(3):33-39.

Characteristics of Sand Flow Structure and Sand Transportation Particles in Cele Desert-Oasis Ecotone of Xinjiang Wei Autonomous Region

MAO Donglei1,2,3,4, LEI Jiaqiang1,4, WANG Cui1,3,4,

ZHOU Jie1,3,4， Zainula Rehemutula1,3,4, XUE Jie1,3,4

(1.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi,Xinjiang

830011,China; 2.CollegeofGeographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,

Xinjiang830054,China; 3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China; 4.CeleNational

StationofObservationandResearchforDesert-GrasslandEcosysteminXinjiang,Cele,Xinjiang848300,China)

Abstract：[Objective] In order to analyze the differences of sand flow structure and characteristics of grain size of sand transportation particles near ground surface on three different landscape types, which can be used by providing theoretical basis for setting up sand transportation models.[Methods] We carried out the field observation on wind velocity gradient and sand transportation rate on Cele desert—oasis ecotone, and fitted regression functions. [Results] There was an exponential or logarithm function relationship between sand transportation rate or sediment flux and height at the range from 0—200 centimeters above ground surface on mobile sandy ground. An exponential functional relationship was found between sand transportation rate or sediment flux and height near surface on semi-fixed sandy land and the fitting degree was moderate and well moderate degree which was a bit worse than that on shifting sandy ground. There was polynomial functional relationship between sand transportation rate or sediment flux and height near ground surface on fixed sandy land and the fitting degree was between medium degree and worse degree. [Conclusion] When the mean wind velocity was comparatively greater, an exponential relationship was always detected between sand transportation rate and height and the fitting degree was better than that in phases with slower wind velocity. Whereas on vertical or horizontal directions for sand saltation and creeping sand particles near ground surface, the sand transportation rate and mean grain size on different heights became smaller and finer with increasing distance to ground surface or shortening distance to oasis on horizontal distance. Sorting effect of sand transportation particles on shifting sandy land was better than that on semi-fixed and fixed sandy lands on horizontal direction, which were most belonged to moderately well sorted. The sand has became finer skewed when the sand transportation particles is nearer to the oasis. The skewness of all sand transportation particles including saltation and creeping particles is in the range between -0.06 and 0.05. The kurtosis is in the range from 0.92 to 1.05, which belongs to mesokurtic.

Keywords:sand flow structure; sand transportation particles; grain size; desert-oasis ecotone; Cele County of Xinjiang Wei Autonomous Region

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)01-0025-09

中圖分類號：P157.1

通信作者：雷加強(1961—),男(漢族),陜西省高陵縣人,博士,研究員,主要從事荒漠化防治及風沙物理等研究。E-mail:desert@ms.xjb.ac.cn。

收稿日期：2013-12-17修回日期：2014-01-17

資助項目：新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項項目子課題“綠洲外圍節(jié)水型生物防護體系構建及可持續(xù)經(jīng)營技術開發(fā)與示范”(201130106-1); 新疆師范大學地理科學與旅游學院地理學博士點支撐學科開放課題和新疆維吾爾自治區(qū)重點實驗室“新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室”基金項目“新疆策勒河流域下游塔克拉瑪干沙漠南緣風沙環(huán)境演變研究”(XJDX0909-2013-08)

第一作者：毛東雷(1975—),男(漢族),新疆維吾爾自治區(qū)石河子市人,講師,在職博士,研究方向為風沙地貌及荒漠化防治。E-mail:donglei6325@sina.com。