最近10年来新疆风沙地貌研究进展

第２５卷第２期２００８年３月干旱区研究ＡＲＩＤＺＯＮＥＲＥＳＥＡＲＣＨＶ０１．２５Ｎｏ．２ＭⅡ．２００８

文章编号：１００１—４６７５（２００８）０２—０２９５—０９

最近１０年来新疆风沙地貌研究进展

李志忠，武胜利，李万娟，刘金伟，马荣，陈俊宇

（新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐８３００５４）

摘要：最新研究表明，塔克拉玛干沙漠风沙活动与气温变化呈现“风热同步”现象，虽然其风况类型多样，但整个

沙漠处于低风能环境。不同沙丘部位上风沙流输沙量的对数与高度之间表现为线性关系。当气流与沙丘走向斜

交时。两侧相同部位输沙率的差异不大，这是线形沙丘保持其动力形态平衡的主要原因之一。古尔班通古特沙漠

也处于复合型低能风环境之中，冬季积雪和冻土对沙漠地表形成有利的保护，有效植被覆盖和生物结皮是沙面整

体处于稳定状态的重要因素，风沙活动仅存在于沙垄顶部和丽坡上部。沙漠中生物结皮发育、种类丰富，其类型和

分布具有明显的景观异质性特征。天山北坡和昆仑山北坡的黄土研究揭示，新疆两大沙漠从中更新世以来出现明

显的干旱化，沙漠逐步扩大至今天规模。此外，塔里木沙漠公路和古尔班通古特沙漠输水明渠沿线的风沙危害具

有明显的时空分异特点。因此，根据工程设施所处地形与地貌部位，可定性判断风沙危害类型与强度，进而确定防

治方案和措施。今后新疆风沙地貌学研究应注重研究领域的拓展、研究方法的突破和实验手段的创新３个方面。

关键词：风沙环境；沙丘动力学；沙漠演变；生物结皮；工程沙害；新疆

中图分类号：１：９３１．３文献标识码：Ａ

新疆是我国风沙地貌分布面积最广、沙丘类型

最为复杂多样的省区。中国１０大沙漠中有３大沙

漠位于新疆境内，因此新疆长期以来就是国内外风

沙地貌学研究的热点地区。前辈在新疆第四纪沙漠

与黄土沉积、沙漠起源与变迁模式、主要沙丘形态特

征与运动规律等方面取得了大量研究成果。近年

来，随着新疆沙漠区域油气资源、水资源的大规模开

发以及对沙漠生态问题的更多关注，尤其是横穿沙

漠腹地沙漠公路以及输水明渠的建设运营，对防沙

治沙关键技术提出重大需求，为新疆风沙地貌学研

究提供了极为难得的历史发展机遇，广大风沙地貌

学工作者面向国家战略需求进行艰苦攻关，又取得

很多新的研究成果。本文从５个方面概述最近１０

年来新疆风沙地貌研究所取得的新进展。

１风动力与风沙环境研究

在区域尺度上风力条件决定沙丘的排列形式和

移动规律，在沙丘尺度上风力条件决定沙丘表面的

蚀积过程和形态变化。李振山‘¨、俎瑞平‘２一’等认

为，塔克拉玛干沙漠大部分地区以东北风系为主，西

南边缘由西北风系控制，西北边缘多以北风为主，南部边缘有一定数量的偏南风出现。塔克拉玛干沙漠

近地面风场特征是在高空西风带的背景下，经过青

藏高原、天山山脉的动力分支和抬升等作用下形成

的。塔克拉玛干沙漠年平均风速较小，在沙漠内部

年平均风速与气温变化呈现“风热同步”现象。整

个塔克拉玛干沙漠有５种风况类型：窄风况型、宽风

况型、双风况型、兰风况型和多风况型，分别对应复

合型横向、斜向、纵向沙垄、星状沙丘和穹状沙丘，起

沙风速基本以若羌为高值区向沙漠西部减少。输沙

势计算结果表明，除若羌地区外整个塔克拉玛干沙

漠处于低风能环境，大多数区域ＲＤＰ／ＤＰ值都大于

０．５，呈现单峰或锐双峰特征。对输沙贡献最大的风

速以９．０—１１．０ｍ／ｓ为主。

王训明‘５’６１、韩致文＂】等认为，由塔克拉玛干沙

漠边缘向内部深入，起沙风更加东偏，同时风沙活动

加强，输沙强度更大和更为集中。风沙危害的主风

向为偏东风，频率范围４８％～７６％，风沙活动集中

在４—９月。

２沙丘过程与风沙地貌发育研究

基本沙丘形态的动力过程和发育机制是风沙地

收稿日期：２００７—０１—１３；修订日期：２００７一０９一ｌＯ基金项目：国家自然科学基金项目（４０４６１００２。４０７６１００４）；中国沙漠气象科学研究基金（ｓｑｉ２００７００５）和新疆师范大学博士科研启动基金共同资助作者简介：李志忠（１９６２一），男，四川绵阳人，教授，主要从事干旱区环境演变与风沙地貌方面的研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｚｚｘｊ＠ｘｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

ｔｚｚｘｊ６２０６＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ

　万

方数据２９６干旱区研究２５卷

貌学的核心。董治宝邛】、Ｄｏｎｇ【９’等通过对塔里木沙

漠公路沿线沙丘移动连续３年的监测，发现沙丘各

几何形态参数间存在较好的相关性。但限于沙源供

应不足，沙丘发育具有不成熟性，从而使有些沙丘几

何形态参数间不存在理论上应具有的相关性。认为

沙丘高度是反映沙丘形成、规模及发育程度的较好

矢量指征。韩致文等¨伽选取塔克拉玛干沙漠公路

沿线的复合沙垄、新月形沙丘和平沙地３种典型风

沙地貌，研究了风沙流结构及其输沙强度等风沙运

动特征。结果发现，横向沙丘链、纵向沙垄及平沙地

上风沙流输沙量的对数与高度之间表现为线性关

系，即风沙流输沙量百分数随高度增加呈指数函数

递减，１０ｅｍ高度内输沙量占观测高度（４０ｅｍ）内总

输沙量的８０％一９５％，２０ｅｍ高度内输沙量占总沙

量９８％以上。不同地貌类型和地貌部位，输沙率差

异甚大。

张家武‘１１１、李恒鹏‘１２’‘３３等研究了塔克拉玛干

沙漠中部地区线形沙丘和复合沙垄的表面动力学过

程。结果发现：复合沙垄的流场可分为沙垄迎风坡

气流加速区、沙垄背风坡气流转向减速区、垄间粗沙

平地气流风速风向恢复区和气流风速稳定区。通过

对复合沙垄垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特

征、移动特征进行测量，计算出沙丘移动过程中的输

沙变化，证实该区存在新月形沙丘逆向演变。认为

逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱

和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度所致。

王训明‘１４Ｊ５］、Ｗａｎｇ［埔一８３等研究了塔克拉玛干

沙漠简单线型沙丘和横向沙丘的形态学和动力学过

程、表面结构和风沙搬运之间的关系。表明简单横

向沙丘形态与沙源供应有密切的关系，沙源的不同

丰度导致简单横向沙丘的形态学参数之间有明显差

异。发现背风侧风沙输入和沙丘形态之间存在着联

系，气流与沙丘正交时迎风一侧的输沙率远大于背

风一侧相同地貌部位的输沙率；当气流与沙丘走向

斜交时，沙丘两侧相同地貌部位的输沙率差异不是

太大，认为这是线型沙丘在动力学过程中能保持其

形态的最主要原因之一。

王雪芹等¨９’驯对古尔班通古特沙漠自然状态

下半固定沙垄的蚀积特征进行了研究，认为该沙漠

的垄间地和沙垄中下部沙面较为稳定，仅在沙垄顶

部存在ｌＯ一４０ｍ宽度不等的流动带，风沙活动规律

十分独特。３沙漠沉积与沙漠环境变迁研究

钱亦兵等【２１’冽认为，古尔班通古特沙漠的沙物

质组成主要为细砂和中砂，总体上比塔克拉玛干沙

漠沙要粗，并且各小区沙物质矿物组合特征因地而

异，表现为物质来源的多样性。杨小平心＂分析了克

里雅河流域风成物质的粒度特征。赵元杰等Ⅲ１对

塔里木沙漠公路沿线沙物质特征，如粒度、矿物成

分、化学成分以及微量元素组成等进行了初步分析。

李振山‘２５１、王训明‘矧、Ｗａｎｇ【惦，１７，２７’等对塔里木沙漠

公路沿线纵向沙垄表面沙物质、丘间地沙物质进行

了粒度分析。结果发现：砂粒从沙垄迎风侧到背风

侧逐渐变细。沙丘沙比丘间地沙分选好，沙垄背风

侧比迎风侧分选好。沙丘表面被输移的沙物质的粒

度分布与下垫面物质组成有一定的差异，在中低强

度的起沙风范围内，被输移的沙物质的平均粒径小

于下垫面沙物质的平均粒径，且随风速或输沙率的

增大，粒度组成也趋于统一。从区域沙漠尺度上看，

塔克拉玛干沙漠沙可能是世界上沙物质最细的沙

漠，沙物质粒径大小和沙丘类型之间不存在一致关

系。

季方‘２８１、王雪芹‘执３０１等的研究表明，古尔班通

古特沙漠南部处于复合型低能风环境中，冬季积雪

和冻土可对地表形成有利的保护。有效的植被覆盖

是沙面整体处于稳定的重要因素，活动区域仅存在

于沙垄顶部和两坡上部。方小敏‘３１】、史正涛‘３２’３４’

等认为，距今约６５０ｋａ和５００ｋａ前北疆地区有２次

显著的干旱化增强和沙漠扩大。古尔班通古特沙漠

最迟在０．８Ｍａ前已经存在。Ｏ．８Ｍａ以来，沙漠发

育经历了基本稳定期（０．８～０．４Ｍａ）、强烈波动扩

展期（Ｏ．４～０．１３Ｍａ）和收缩稳定期（０．１３～０Ｍａ）３

个阶段。天山北坡０．８Ｍａ开始堆积黄土、准噶尔盆

地沙漠大规模扩张主要是１．２Ｍａ左右青藏高原及

亚洲山地强烈隆升，造成大气环流发生巨大调整的

结果，现在的干旱气候格局从０．２５Ｍａ左右形成延

续至今。黄强等∽’则通过对古尔班通古特沙漠南

部的一个钻孔剖面的沉积特征分析，证明该沙漠南

部地区在晚更新世晚期气候相对寒冷，并有２次气

候偏湿波动；全新世时期，南部地区气候以温暖干旱

为主，全新世中期有１次明显的气候偏湿波动。陈

惠中等Ⅲ’认为，全新世以来，古尔班通古特沙漠气

候历经了多次温湿（凉湿）和冷干变化，沙漠也相应

地历经多次固定、缩小的逆过程和活化、扩大的正过

　万

方数据２期李志忠等：最近ｌＯ年来新疆风沙地貌研究进展２９７

程。

在塔克拉玛于沙漠北部，秦作栋‘川、冯起‘３８·３９】

等通过对塔里木河流域１２ｋａＢＰ以来地层沉积相特

征研究和气候环境代用指标的测试分析，讨论了该

流域沙漠演化过程、发育模式与气候变迁的关系。

认为从１２ｋａＢＰ以来随着全球气温的回升，在１２—

１０ｋａＢＰ期间，气候温凉偏干旱、泛洪堆积明显、风

沙活动弱；１０～８ｋａＢＰ期间，气候干冷、风沙活动强

烈，是沙漠大规模扩展时期；８—３ｋａＢＰ期间的全新

世高温期，气候干燥炎热，周边山区冰雪融水增多，

河流水量增加，河流泛洪沉积十分活跃，但流沙规模

的缩小、沙丘固定仅限制在河湖沿岸和沙丘低洼地

区；从３ｋａＢＰ至今，在新冰期寒冷气候影响下，加上

人类活动导致流域环境恶化、风沙活动盛行、沙尘暴

频繁。

昆仑山北坡黄土是塔克拉玛干大沙漠的同期相

关沉积。方小敏‘舯１、李保生‘４１川等对昆仑山北坡

出山口河流阶地上的黄土古地磁和古气候记录研究

表明，在过去１１０ｋａ中，这些剖面可能记录了４２个

沙尘暴时期，并与４１个沙尘暴时期构成比较连续且

交替进行的一系列沉积演化历史。认为昆仑山黄土

形成于距今约８８０ｋａ前，塔里木盆地现代环流格局

与极端干旱气候和塔克拉玛干沙漠的雏形大致同时

出现，最强烈的沙暴期和黄土堆积期大致发生在

６２．０ｋａＢＰ和６８．０ｋａＢＰ前后。青藏高原、帕米尔高

原和天山山脉的隆起是导致上述过程发生的根本原

因，适应于高原隆升的大气环流变化是干旱化过程

形成的机制。

在极端干旱的罗布泊地区，夏训诚等旧－４５３通过

对米兰河右岸红柳沙包年层中风成沙的粒度特征和

枯枝落叶层中红柳叶的稳定碳同位素８１３Ｃ和Ｃ／Ｎ

值分析，将研究区最近１３２年间的气候变化划分出

３个不同的冷暖阶段。屈建军‘４６，４７１、刘虎俊‘邶，例等

研究了库姆塔格沙漠中“羽毛状沙丘”的形态特征、

库姆塔格沙漠形成演化与区域新构造运动以及罗布

泊雅丹地貌发育之间的关系。

４沙漠生物结皮及其固沙机制研究

土壤微生物结皮广泛存在于干旱、半干旱地区，

且具有重要的生态学意义。近年来，古尔班通古特

沙漠广泛发育的生物土壤结皮已经成为新疆风沙地

貌研究、干旱区环境保护和生态恢复研究中新的研

究热点之一。张立运‘川、张丙昌‘ｓｔ．５２Ｊ、张元明‘舢５５】、赵建

成ｍ’等研究了古尔班通古特沙漠生物结皮的分布

特征、蓝藻和绿藻的区系组成、生态分布特点和不同

发育阶段蓝绿藻种类组成的动态变化。从生物结皮

的空间分布特征看，该沙漠南部是生物结皮最为丰