赵景波
, 陈志青
Zhao Jingbo, Chen Zhiqing
中图分类号: S1521.7
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690（2017）06-0960-07
收稿日期: 2016-06-17
修回日期: 2016-09-23
网络出版日期: 2017-06-20
版权声明: 2017 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：赵景波（1953-）,男,山东滕州人,博士,教授,博士生导师,主要从事第四纪与自然地理研究。E-mail: zhaojb@snnu.edu.cn
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摘要
通过野外实地考察和实验分析,在巴丹吉林沙漠的呼和吉林湖东沙山、呼和吉林湖西沙山和伊利克敖包沙山斜坡上发现了高含量薄膜水和带状分布的灌木植被。分析表明：① 沙山沙层中出现了含量在3％~5％之间、占据厚度为0.5~3.0 m之间的高含量薄膜水,并出现了一部分水分含量大于5％的重力水,这在极端干旱的沙山斜坡沙层中是非常少见的。② 沙层中的含水量垂向分布与重力水的存在指示,在当年雨季末期,大气降水就完全能够通过沙层入渗达到2~4 m或更大深度,从而避免了蒸发作用的消耗,确保了沙层水分能够通过入渗向深层运移。③ 沙山沙层中高含量薄膜水和重力水的存在以及灌木植被带的发育充分证明,该区大气降水在经过蒸发与蒸腾消耗之后,仍有剩余的水分渗入地下,显示了沙山区沙层水分为明显的正平衡。高含量薄膜水的存在和带状植被的发育的表明大气降水至少是该区地下水和湖水的重要补给来源之一。④ 沙山表层1~4 m深度范围有时存在含量大于5%的重力水,表明沙山表层水分运移动力很强。沙层入渗率高,沙层水受蒸发影响的深度小,利于大气降水向地下水的转化,这也是该区大气降水能够补给地下水的重要原因。
关键词：
Abstract
Through field investigations and experimental analysis, film moisture with high content and zonal distribution of vegetation were discovered on the slope of megadunes of eastern Huhejilin lake, western Huhejilin lake and Yilikeaobao megadune in the Badain Jaran Desert. The experimental results show that the sand layer has appeared film moisture with high content from 3% to 5% and with about 0.5-3 m a thick, even appeared the gravity water with a content above 5% in a small part of sand layers, which in extreme arid desert area is rare in sand layer on slope of mega-dune. The vertical distribution of moisture content and the presence of gravity water indicate that, at the end of rainy season, precipitation infiltration will be able to reach through the sand layer about 2-4 m at least or more than that, thus avoiding the evaporation effect, to ensure that the sand layer water can reach to deep megadune through infiltration. The existence of the film moisture with high content, gravity water in sand layer and zonal distribution of vegetation prove sufficiently that there are still remaining water infiltrations into underground after evaporation and transpiration, which shows that the water in sand layer of the megadune area is a significant positive balance. The film moisture with high content in sand layer and zonal distribution of vegetation indicates that precipitation is at least an important supply source of groundwater and lake water. The water film pressure difference between film water with high content and film water with low content in adjacent underlying sand layer is the driving force of atmospheric precipitation infiltration into groundwater. Content and distributive thickness of film water with high content indicate that and its migration force is stronger and can effectively supply the groundwater in this area. Sometimes there is gravity water with content of more than 5% in 1-4 m deep in the surface layer of megadune, indicating that migration force is very strong in the surface layer of the megadune. The rainy season is the supply period of sand layer water. Rapid infiltration and small depth affected by evaporating in sand layers are beneficial to the conversion of precipitation to groundwater, which also is an important reason for the precipitation can supply groundwater.
Keywords：
关于沙漠地区沙层中的含水量,前人已做了较多工作[1-4]。目前已认识到,沙漠地区2 m以上沙层含水量一般可分为3层,第1层为上部的含水量很低、厚度一般小于20 cm的干沙层[1-3],第2层是中部的20~100 cm深度之间含水量容易变化的活跃层,第3层是位于约100 cm之下的含水量较高、变化较小的稳定层[2]。研究表明,沙漠地区沙层含水量通常很低,干沙层含水量常常小于1%[1-3],而湿沙层含水量大多在1％~5％之间[3]。虽然过去对沙漠区沙层含水量进行了一些研究,但对2 m以下深层水分研究较少。
关于巴丹吉林沙漠沙层含水量研究还很少,对沙层2~4 m深度含水量几乎没有开展研究。该区发育了全球高差最大的沙山[5],而且沙山区湖泊众多,自然景观独特。该区湖水的来源是近年来学界争论的焦点。许多学者认为,该区湖水来自大气降水的入渗[6,7],但目前尚缺少直接的证据;也有研究者认为,该区湖水主要是通过深大的断裂从青藏高原输送来[8],然而这一观点受到了国内研究者的强烈反对。本文通过采访调查和对巴丹吉林沙漠大沙山斜坡4 m深度范围沙层含水量的采样分析,研究该区大气降水对地下水与湖水补给的可能性和水分平衡。
巴丹吉林沙漠位于内蒙古自治区阿拉善右旗境内,风沙地貌类型复杂,沙丘类型多。研究区年平均气温为约7~8℃,年降水量约105 mm[9]。
通过野外考察,我们在该区大沙山斜坡上发现了呈带状分布的灌木植被带。选择了带状植被发育好的呼和吉林湖东沙山,呼和吉林湖西沙山和伊力克敖包沙山进行采样分析。沙山与采样点的海拔、经纬度、采样间隔等列于表1。呼和吉林湖东沙山采样点与呼和吉林湖西沙山采样点相距约4.5 km,这2个采样点与伊力克敖包沙山采样点相距约25 km。在每个植被带采集了2个钻孔剖面的样品,钻孔深度一般为4 m,钻孔间隔为约5 m。上述钻孔剖面采样时间是在雨季之末的9月中旬。利用轻便人力钻采集沙层样品,利用烘干称重法测定沙层含水量。
表1 巴丹吉林沙漠沙山背风坡采样点概况
Table 1 A survey of sampling points in megadunes of Badain Jaran Desert
| 沙山名称 | 沙山海拔(m) | 经纬度 | 剖面数（个） | 采样点海拔（m） | 样品间隔(cm) | 样品总数(个) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 呼和吉林湖东沙山 | 1671 | 39°51′N, 102°30′E | 6 | 127,112,231,201 | 10 | 240 |
| 呼和吉林湖西沙山 | 1584 | 39°52′N, 102°27′E | 4 | 12,451,217 | 15 | 108 |
| 伊利克敖包沙山 | 1457 | 39°37′N, 102°18′E | 4 | 13,121,390 | 10 | 160 |
野外调查得知,在沙山区有时可见植被带状分布。植被带不仅分布在沙山下部,而且在沙山的中部和上部有时也存在（图1）。带状植被的植物组成以灌木为主,分布宽度一般为2~6 m。植被带多见于沙山中下部地形较平缓处,但也见于坡度较大地段（图1a,b）。
图1 大沙山植被的带状分布
注：a和b为诺尔图湖东沙山植被的带状分布;c和d 为伊克力敖包与呼和吉林湖西沙山植被带。
Fig.1 Zonal distribution of vegetation in the mega-dunes
植被带的发育要求沙层具有较高的含水量,植被带的分布能够说明2个问题,一是表明大气降水向下入渗到达了蒸发影响深度以下的沙山的较深处,二是表明植被带分布的沙层水分有一定富集,含水量较高决定了植被的发育。
由呼和吉林湖东沙山背风坡6个剖面的沙层含水量测定结果（图2）可知,各钻孔沙层含水量变化趋势很类似。a孔的40个样品的含水量在0.2%~6.0%之间,平均为3.0%。根据含水量变化,可将a孔剖面分为3个层。第1层位于0~1 m之间,含水量最低,在0.2%~2.8%之间,平均为2%。第2层位于1~2.2 m之间,含水量在2.8%~6.0%之间,含水量最高,平均为4.3%。第3层位于2.2~4.0 m之间,含水量居中,在1.8%~3.5%之间,平均为2.8%。b孔40个样品的含水量在0.7%~4.1%之间,平均为2.3%。b孔1~2.2 m之间含水量在2.6%~4.1%之间,平均为3.3%。c孔40个样品含水量变化在0.5%~5.9%之间,平均为3.0%。c孔1~4.0 m之间含水量较高,平均含量大于3.3％。d孔40个样品含水量变化与c孔相似,含量在0.2%~5.2%之间,平均为3.0%,在1.1~4.0 m之间含量大于3％。e孔40个样品含水量变化在0.2%~5.0%之间,平均为3.0%。该孔1~4.0 m之间,含水量在2.1%~5.0%之间,平均大于3.1%。f孔40个样品含水量变化在0.2%~4.2%之间,平均为2.8%。该孔0.6~3.9 m之间含水量平均大于3%。
图2 呼和吉林湖东大沙山背风坡沙层含水量及拟合曲线
Fig.2 Moisture content and its fitting curves in sand layer on lee-side of a mega-dune at eastern Huhejilin Lake
由上述可见,呼和吉林湖东沙山背风坡沙层含水量有2个特点：① 沙层含水量较高,6个钻孔剖面中都有含水量大于3%~5%的沙层出现;② 在a孔、c孔和d孔剖面中出现了在极端干旱的沙漠区很少见的含量大于5%的重力水。
由呼和吉林湖西沙山背风坡4个剖面的沙层含水量（图3a, b）得知,a孔的27个样品含水量变化在0.2%~5.0%之间,平均为2.6%。该剖面1.8~4 m之间含水量在3.7%~5.0%之间,平均含量接近4.0%。b孔27个样品含水量在0.2%~4.8%之间,平均为2.8%。该孔1.6~4.0 m平均含水量略大于3%,3~4 m之间平均含水量为4.0%。c孔和d孔含水量也较高,1.5~2.8 m之间含水量略大于3%。
图3 沙山背风坡沙层含水量及拟合曲线
注：a、b 为呼和吉林湖西沙山背风坡采样点;c、d为伊利克敖包沙山采样点。
Fig.3 Moisture content and its fitting curves in sand layer on lee-side of mega-dune
伊力克敖包沙山背风坡4个剖面的沙层含水量测定（图3c, d）显示, 4个钻孔剖面都存在含水量大于3%的层位。其中e孔含水量大于3%的沙层厚度很小,f孔含水量大于3%的层位在1.2~3.0 m之间,厚度1.8 m。g孔与h孔含水量大于3%的沙层在1~3 m之间,厚度为2 m左右,平均含水量分别为3.3％和3.6％。
上述8个钻孔沙层水分含量测定表明,8个剖面均有含水量大于3%~5%的较高含水量沙层出现,一般出现在1 ~3 m或4 m之间,厚度一般在1~3 m之间。
在年降水量不足100 mm的极端干旱的荒漠地区,沙层中的水分含量一般低于2%[1,10],甚至低于1%。而细砂为主的沙层中薄膜水最高含量一般为5%,高于5%的水分含量属于重力水[1,10]。因此,沙层中3%~5%之间的水分已是含量很高的薄膜水了,我们称之为高含量薄膜水。高含量薄膜水的划分对揭示大气降水对地下水的补给有重要作用。高含量薄膜水层一般在年均降水量150~200 mm之间的固定沙丘分布区较为常见[3,10],在年降水量100 mm左右的沙漠区很少存在。过去缺少对巴丹吉林沙漠沙山区1~4 m深度含水量研究,也就没有认识到高含量薄膜水的存在。研究区高含量薄膜水存在可能是降水较为集中的结果。观测表明,研究地区确实存在能够为深部沙层水分提供来源的有效降水,单次降水量可达25 mm左右[10]。从高含量薄膜水层位有生长较好的灌木植被带（图1）推断,高含量薄膜水是多年存在的。沙山沙层缺少隔水层,高含量薄膜水的形成是含量大于5%的重力水分在向下运移时其含量降低形成的。在所研究的剖面中,在1~3 m深度范围内还残留少量含量大于5%的重力水（图2,图3）,也表明该区高含量薄膜水是由重力水转变而来的。
研究区沙层中存在含水量大于5%的重力水（图2和图3）。这些剖面中的重力水分布在1~2 m深度范围的沙层中,考虑到在这一深度范围内没有隔水层存在,因此可以确定分布在1~2 m深度范围内的重力水是大气降水入渗补给的结果。沙山沙层中存在重力水是该区存在单次降水量大于15 mm的有效降水决定的。
研究表明,黄土高原现代和过去的大气降水主要是以薄膜水的形式通过入渗补给地下水的[11-14]。薄膜水的运移是受水膜厚度的控制,即从水膜较厚处向水膜较薄处运移。薄膜水含量越高,水膜厚度越大,与下部层位薄膜水的水膜厚度差就越大,运移就越快。黄土中的薄膜水研究表明,含量很低的薄膜水运移非常缓慢,高含量薄膜水运移较快,每年移动距离可达2 m以上[11,12]。沙山沙层中高含量薄膜水与相邻下伏低含量薄膜水之间具有明显的水膜压力差,这是沙层薄膜水向下运移的动力。目前国内外尚未见对薄膜水运移动力划分的成果发表,为了认识薄膜水运移动力和对地下水的补给作用,对薄膜水运移动力进行划分是很必要的。根据我们对土壤水的多年研究[11,12]可知,薄膜水动力强弱一是取决于其含量的多少或水膜的厚度,二是取决于薄膜水在土层中占据的厚度大小。在分析以往研究成果的基础上,对薄膜水运移动力和对地下水的补给作用进行划分（表2）。表2显示,沙层中较高含量的薄膜水能够为地下水提供有效补给,高含量薄膜水占据厚度越大,补给动力越强;含水量低于2%的薄膜水为极弱动力或不能成为补给动力,水分含量在2%~3%之间的薄膜水具有弱运移动力,水分含量在3%~4%之间的薄膜水具有中等运移动力,水分含量在4%~5%之间的薄膜水具有强运移动力,水分含量大于5%的重力水具有极强运移动力（表2）。根据研究区高含量薄膜水含量在3%~4%之间偶尔在4%~5%之间（图2,图3）、占据厚度一般为2 m左右（图4）确定,该区薄膜水运移动力为中等或较强动力,能为地下水和湖水提供较强的补给动力,当年入渗深度至少可达2~4 m。
表2 包气带沙层水分含量与运移动力划分
Table 2 Division of moisture content and transport dynamics in sand air zone
| 沙层水分运 | 水分运移 | 水分运移 | 水分运移 | 水分运移 | 水分运移 |
|---|---|---|---|---|---|
| 移动力划分 | 极强动力 | 强动力 | 中等动力 | 弱动力 | 极弱动力 |
| 沙层含水量 | >5% | 4%~5% | 3%~4% | 2%~3% | <2% |
| 水分类型 | 重力水 | 高含量 | 高含量 | 低含量 | 极低含量 |
| 薄膜水 | 薄膜水 | 薄膜水 | 薄膜水 | ||
| 补给类型 | 极强补给 | 强补给 | 较强补给 | 弱补给 | 极弱或无补给 |
| 占据厚度 | 约2 m或更大 | 约2 m或更大 | 约2 m或更大 | 约2 m或更大 | 可大可小 |
图4 沙山区高含量薄膜水当年雨季末期入渗深度和高含量薄膜水分布厚度
注：a~f为呼和吉林湖东沙山6个剖面;g~j为呼和吉林湖西沙山4个剖面;k~n为伊力克敖包沙山4个剖面。
Fig.4 Infiltration depth of film water at the end of rainy season and film moisture thickness with high content
如果高含量薄膜水占据厚度很小且在蒸发影响的深度范围内,这种高含量薄膜水通常不能构成补给动力,只有高含量薄膜水占据厚度较大或位于蒸发影响带之下,这种高含量薄膜水才能成为地下水的较强补给动力。如后所述,沙层受蒸发影响的深度只有0.4 m,而高含量薄膜水分布深度显著大于受蒸发的深度,所以研究区高含量薄膜水能够成为补给地下水的较强动力。此外,研究区有些剖面中还存在含水量大于5%的重力水的补给动力。根据研究剖面当年入渗深度至少达到了2~4 m,快速的入渗避免了蒸发作用造成的损失,利于大气降水向地下水转化。
根据沙层中重力水的分布,可以判断大气降水当年入渗深度。重力水是运移速度最快的水分,在黄土高原地区的黄土层中,丰水年大气降水产生的重力水在当年的入渗深度可达4 m多[11,12]。沙层孔隙连通性好,其中的重力水运移更快。在沙层中的重力水运移过程中,由于下部沙层含水量低,这使得重力水在入渗过程中与低含量薄膜水混合而使其含量变低,并逐渐转化为薄膜水,所以重力水在沙层中存在的时间过程是短暂的。在黄土高原地区的正常降水年,重力水主要在当年雨季存在,当年年底就基本转变成为含量较低的薄膜水[11,12]。在我们研究的沙山区剖面中,2~3 m 深度范围内常常残留含量大于5%的重力水（图2,图3）,这表明当年的大气降水通过入渗已经到达了这一深度。由此可以确定,沙山区当年大气降水在雨季之末入渗深度至少达到了2~3 m的深度。
研究表明,风沙沉积通常以细砂为主[16-19],其次为中砂。巴丹吉林沙漠区风沙沉积粒度较其他沙漠略粗,细砂与中砂含量接近[20]。细砂和中砂为主的沙层毛管孔隙发育差,蒸发作用影响的深度很小。对干沙层分布深度的测定表明,巴丹吉林沙山区干沙层分布的深度一般为0.2~0.3 m（图5）。根据干沙层的分布深度得知,研究区沙层蒸发影响深度一般小于30 cm,其它沙漠区沙层蒸发深度类似[3],一般小于0.4 m。因此,大气降水入渗到达40 cm之下就不受蒸发作用影响了,就能够成为地下水的来源。由此可见, 沙漠中的干沙层对渗入其下的水分具有有效的保护作用,阻碍了30 cm或40 cm以下沙层水分的蒸发损失,起到了增加水分,有效入渗的作用,促进了大气降水向地下水的转变。
图5 西北沙漠干沙层分布深度
注：a~c为巴丹吉林沙山陡坡;d~f为巴丹吉林沙山高地; g~i为丹吉林沙山平地;j~l为巴丹吉林沙山洼地;m, n为古尔班通古特沙漠与乌兰布和沙漠干沙层; o,p为库不齐漠与乌素沙地干沙层
Fig.5 Distribution depth of dried sand layer in deserts of northwestern China
土壤水分平衡的构成包括输入量、储存量和输出量[14]。该区沙层水分输入量为大气降水,为储存于沙层中前一年的水量,输出量包括蒸发与蒸腾量,一般没有地表径流。当输出量大于输入量时为正平衡,反之就为负平衡。由于该沙漠区降水少,蒸发量很高,所以人们多认为这样的地区是水分负平衡的地区。然而下面3条证据显示,大沙山区确实存在水分的正平衡。在不受蒸发作用影响的地表之下1~2 m沙层中存在的含量大于3%的高含量薄膜水（图2,图3）,指示该区大气降水对地下水的补给动力较强,大气降水在经过蒸发、植物蒸腾之后,仍有一些剩余的水分入渗达到了蒸发作用影响的深度之下,这部分水分完全能够成为地下水的补给来源。在有些沙层剖面中蒸发影响深度之下存在含量大于5%的重力水（图2,图3）,指示大气降水可以在沙层上部运移很快动力很强,也指示大气降水完全能够补给地下水。在沙山上部、中部、下部可见灌木为主的植被的带状分布（图1）,这指示大气降水渗入地下是多年经常发生的,而且大气降水已经入渗到达了沙山的中下部。
1) 巴丹吉林沙山区存在含水量为3%~5%的高含量薄膜水,占据厚度一般为0.5~3.0 m,高含量薄膜水层位有生长较好的灌木植被带发育,表明高含量薄膜水不是短暂出现的现象,而是多年经常出现的自然现象。沙山区高含量薄膜水是由重力水在向下运移过程中因含量降低转变而成的。
2) 该区薄膜水运移动力较强,能够对该区地下水形成较强动力的有效补给。沙山上部有时存在含量大于5%的重力水,表明沙层上部的水分运移动力很强。
3) 该区大气降水入渗较快,当年入渗深度至少达到了2~4 m,快速的入渗避免了蒸发作用造成的损失,利于大气降水向地下水转化。
4) 沙层水分确实存在水分正平衡,表明在极端干旱的高大沙山区,大气降水经过蒸发和蒸腾的消耗之后,还有剩余的水分通过入渗向纵深运移,并至少可以成为该区湖水的补给源之一。
5） 沙山区存在有效降水,沙层水受蒸发影响的深度小,利于大气降水向地下水的转化,这是该区大气降水能够补给地下水的主要原因。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Chemistry and late quaternary evolution of ground and surface waters in the area of Yabulai Mountains, western Inner Mongolia, China [J].https://doi.org/10.1016/j.catena.2005.07.014 URL [本文引用: 1] 摘要
In the extensive area of western Inner Mongolia, China, the water demand of local residents often depends mainly on shallow aquifers, although scientific investigations of the quality and formation of the groundwater are still lacking. In this study the chemistry and isotopic composition of groundwater and lake water samples collected at 22 sites in the area of Yabulai Mountains ( Fig. 1 ) in western Inner Mongolia were analysed. Chemical water analysis included the determination of Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Li + , NH 4 + , Al 3+ , Co 2+ , CO 3 261 , HCO 3 61 , Cl 61 , SO 4 261 , NO 3 61 , F 61 , PO 4 361 , HBO 2 and SiO 2 , and 18 O and tritium isotopes. Solute concentrations in groundwater show significant differences within the study area, while the water of the three lakes is dominated by sodium and chloride. This study reveals the importance of spatial variation of groundwater chemistry in an arid environment that has a relatively homogeneous lithological basement. The heterogeneity of groundwater chemistry suggests that the shallow groundwater in western Inner Mongolia is mainly recharged by infiltration of local rainfall. The relatively high tritium content indicates that the water in the shallow aquifer of the study area is generally not older than 100 years. Former shorelines in the lake basin of Shugui ( Fig. 1 ) suggest the presence of a much larger lake in the past under a wetter climate than present hyper-arid conditions, presumably because of increased East Asian monsoon intensity during the middle Holocene. In the vicinity of commune administrations that have higher population density, the TDS of ground water is also higher, probably owing to water pollution.
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Groundwater and lake evolution in the Badain Jaran Desert ecosystem, Inner Mongolia [J].https://doi.org/10.1007/s10040-006-0045-0 URL [本文引用: 1] 摘要
The amount and timing of aquifer recharge and the evolution of lakes and groundwater in the south-eastern Badain Jaran desert of Inner Mongolia, with high megadunes, has been investigated using stable isotopes and hydrochemistry. Unsaturated zone moisture profiles down to 2202m have recorded recharge over 118502years. Small but finite amounts of recharge are recorded with mean recharge rates of 0.95-1.3302mm year 611 , determined using a chloride mass balance technique. The unsaturated profile also acts as a unique archive of hydrological and climate change. Before 1300, it was relatively dry but distinct wet periods may be recognised during 1340-1450, 1500-1610 and 1710-1820. Since the mid 1800s, the climate shows a trend towards greater aridity. The interdune lakes are generally fresh but locally, hypersaline lakes are found in juxtaposition. This implies that in general, the lakes have low residence times and flow back into the dune system, but sedimentary obstruction locally prevents outflow and extreme evaporation occurs. The stable isotope records show that the lakes are fed by palaeowaters which on the basis of other proxy data must predate the Last Glacial Maximum . Their recharge source is problematic but most likely this derives from a diminishing water table extending some 3002m south to the Yabulai Mountains.
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Groundwater maintains dune landscape [J]. |
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巴丹吉林沙漠腹地降水特征的初步分析 [J].
利用巴丹吉林沙漠腹地定位观测的降水数据,结合其外围南缘、东南缘、北缘和西北缘4个气象站同期降水资料,分析了沙漠腹地的降水特征以及高大沙山对降水的影响,比较了沙漠腹地与外围降水量的差异。结果表明,沙漠腹地降水以小雨为主,且一般在1～2 h内结束。沙漠腹地与外围的降水在季节分布上有较好的一致性,观测期间腹地的年降水量少于南缘阿拉善右旗气象站,但明显多于东南缘、北缘和西北缘。沙漠腹地降水的季节变率很大,年降水量往往由某些集中降水日决定,具有高度集中性。腹地的高大沙山对降水有一定影响,沙山顶部年降水量和年降水日数皆略多于丘间地,较长的单次降水过程之持续时间及累积降水量亦有类似特征。强降水事件发生时,沙漠腹地在16.8 km的空间距离上有"斑块"现象。日降水量的相关距离分析显示,夏半年日降水量空间相关性随距离的增大而明显减小;冬半年因多冷锋降水而使其日降水量在约50 km空间尺度上仍有较好的相关性,50 km以外相关性则显著减小。
A preliminary study of precipitation characteristics in the hinterland of Badain Jaran desert .
利用巴丹吉林沙漠腹地定位观测的降水数据,结合其外围南缘、东南缘、北缘和西北缘4个气象站同期降水资料,分析了沙漠腹地的降水特征以及高大沙山对降水的影响,比较了沙漠腹地与外围降水量的差异。结果表明,沙漠腹地降水以小雨为主,且一般在1～2 h内结束。沙漠腹地与外围的降水在季节分布上有较好的一致性,观测期间腹地的年降水量少于南缘阿拉善右旗气象站,但明显多于东南缘、北缘和西北缘。沙漠腹地降水的季节变率很大,年降水量往往由某些集中降水日决定,具有高度集中性。腹地的高大沙山对降水有一定影响,沙山顶部年降水量和年降水日数皆略多于丘间地,较长的单次降水过程之持续时间及累积降水量亦有类似特征。强降水事件发生时,沙漠腹地在16.8 km的空间距离上有"斑块"现象。日降水量的相关距离分析显示,夏半年日降水量空间相关性随距离的增大而明显减小;冬半年因多冷锋降水而使其日降水量在约50 km空间尺度上仍有较好的相关性,50 km以外相关性则显著减小。
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腾格里沙漠沙层水分状况初步研究 [J].
为了揭示腾格里沙漠沙层水分含量特点、水分来源和水分存在形式等问题,2009年9月-10 月对腾格里沙漠腹地及边缘地区进行了含水量研究。研究结果表明,沙漠腹地沙层含水量一般在2.0%～5.0%之间,洼地或平坦地段含水量最高,沙丘底部次 之,中部最低。沙层水分主要以薄膜水的形式存在,水分运移缓慢,在洼地或平坦地段较深层有薄膜水向下入渗过程中转变而成的重力水和地下水出现。沙漠沙层水 分具有正平衡特点,这主要是沙层水分入渗速度快和沙层受蒸发影响深度小决定的,属于快速入渗型的水分正平衡。沙漠沙层水分来源于大气降水,洼地或平坦地段 是大气降水向下入渗的主要渠道。沙漠沙层水分含量存在空间地域差异,沙漠腹地沙层水分低于沙漠边缘。结合该区沙层水分的空间差异,提出了沙漠治理的建议和 措施,比如在沙漠地下水较多的东南部等地区,可以采取植树种草措施治理沙漠化,还可以利用大棚措施发展种植业。在沙漠地下水贫乏的地区,应该采取粘土沙 障、砾石沙障等工程措施和＂麦草方格＂等措施综合治理沙漠化。
A preliminary study on the water status in sand layers and its sources in the Tengger desert .
为了揭示腾格里沙漠沙层水分含量特点、水分来源和水分存在形式等问题,2009年9月-10 月对腾格里沙漠腹地及边缘地区进行了含水量研究。研究结果表明,沙漠腹地沙层含水量一般在2.0%～5.0%之间,洼地或平坦地段含水量最高,沙丘底部次 之,中部最低。沙层水分主要以薄膜水的形式存在,水分运移缓慢,在洼地或平坦地段较深层有薄膜水向下入渗过程中转变而成的重力水和地下水出现。沙漠沙层水 分具有正平衡特点,这主要是沙层水分入渗速度快和沙层受蒸发影响深度小决定的,属于快速入渗型的水分正平衡。沙漠沙层水分来源于大气降水,洼地或平坦地段 是大气降水向下入渗的主要渠道。沙漠沙层水分含量存在空间地域差异,沙漠腹地沙层水分低于沙漠边缘。结合该区沙层水分的空间差异,提出了沙漠治理的建议和 措施,比如在沙漠地下水较多的东南部等地区,可以采取植树种草措施治理沙漠化,还可以利用大棚措施发展种植业。在沙漠地下水贫乏的地区,应该采取粘土沙 障、砾石沙障等工程措施和＂麦草方格＂等措施综合治理沙漠化。
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咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 [J].
利用人力钻采样法和烘干称重法,研究了咸阳地区2002—2008年间苹果林地6 m深度范围土壤含水量的动态变化、土壤干层的等级、土壤干层水分恢复、动力机制与消耗过程。资料表明,咸阳地区干旱年苹果林地土壤含水量较低,发育了长期性土壤干层。2003和2007丰水年苹果林地土壤干层中的水分得到了显著恢复,经过当年的水分补给,土壤干层已经消失。丰水年土层中重力水含量较高,并能到达2 m深度以下。持续时间较长的重力水的存在是土壤干层水分恢复的驱动力,但干层水分恢复的直接动力是薄膜水的水膜压力。在年降水量800 mm或更多的条件下,不论黄土厚度有多大,土层水分完全能够满足人工林生长的需要。咸阳地区干旱年苹果林地土壤水分不足,土壤水分收入量小于支出量,土壤水分为负平衡,没有剩余的水分通过入渗补给地下水;丰水年苹果林地土壤水分充足,土壤水分收入量大于支出量,土壤水分为正平衡,有剩余的水分通过入渗补给地下水。在年降水量为800 mm左右的丰水年,该区补给的土壤水分可维持苹果林地在3 a内不会出现长期性干层,3 a之后一般还会出现长期性土壤干层。
Research of dynamic variation of moisture in Apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years .
利用人力钻采样法和烘干称重法,研究了咸阳地区2002—2008年间苹果林地6 m深度范围土壤含水量的动态变化、土壤干层的等级、土壤干层水分恢复、动力机制与消耗过程。资料表明,咸阳地区干旱年苹果林地土壤含水量较低,发育了长期性土壤干层。2003和2007丰水年苹果林地土壤干层中的水分得到了显著恢复,经过当年的水分补给,土壤干层已经消失。丰水年土层中重力水含量较高,并能到达2 m深度以下。持续时间较长的重力水的存在是土壤干层水分恢复的驱动力,但干层水分恢复的直接动力是薄膜水的水膜压力。在年降水量800 mm或更多的条件下,不论黄土厚度有多大,土层水分完全能够满足人工林生长的需要。咸阳地区干旱年苹果林地土壤水分不足,土壤水分收入量小于支出量,土壤水分为负平衡,没有剩余的水分通过入渗补给地下水;丰水年苹果林地土壤水分充足,土壤水分收入量大于支出量,土壤水分为正平衡,有剩余的水分通过入渗补给地下水。在年降水量为800 mm左右的丰水年,该区补给的土壤水分可维持苹果林地在3 a内不会出现长期性干层,3 a之后一般还会出现长期性土壤干层。
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西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2007.06.005 URL [本文引用: 4] 摘要
为查明西安地区土壤干层和丰水年之后的土壤水分的恢复,利用烘干法研究了人工林地土壤含水量。结果表明,西安地区丰水年极端降水前杨树林,法国梧桐林、中国梧桐林和苹果林地大约1.5～4m深度范围内土壤含水量分别为9.3%、9.0%、9.7%和9.1%,普遍存在土壤干层,干层厚度约2.5m。丰水年之后土壤水分得到了很好的恢复,干层全部消失。经过1a左右的入渗,水分恢复深度可达6m左右。根据丰水年之后土壤含水量的不断消耗确定,西安地区丰水年之后一般经过3～4a左右的时间,人工林地的干层将会再次出现。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长,表明在西安或与西安类似降雨量的黄土高原其他发展人工乔木林是可行的。
The research on the dried layer and the moisture restoration of the soils in the planted forests in Xi'an area .https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2007.06.005 URL [本文引用: 4] 摘要
为查明西安地区土壤干层和丰水年之后的土壤水分的恢复,利用烘干法研究了人工林地土壤含水量。结果表明,西安地区丰水年极端降水前杨树林,法国梧桐林、中国梧桐林和苹果林地大约1.5～4m深度范围内土壤含水量分别为9.3%、9.0%、9.7%和9.1%,普遍存在土壤干层,干层厚度约2.5m。丰水年之后土壤水分得到了很好的恢复,干层全部消失。经过1a左右的入渗,水分恢复深度可达6m左右。根据丰水年之后土壤含水量的不断消耗确定,西安地区丰水年之后一般经过3～4a左右的时间,人工林地的干层将会再次出现。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长,表明在西安或与西安类似降雨量的黄土高原其他发展人工乔木林是可行的。
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黄土高原土壤水资源与植树造林 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2001.05.007 URL 摘要
论文在对黄土高原土壤水分资源的赋存条件和土壤水分循环与平衡分析基础上， 讨论了人工林系统的土壤水文效应、 土壤干燥化──土壤干层的形成与植树造林问题。
Soil water resources and afforestation in Loess plateau .https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2001.05.007 URL 摘要
论文在对黄土高原土壤水分资源的赋存条件和土壤水分循环与平衡分析基础上， 讨论了人工林系统的土壤水文效应、 土壤干燥化──土壤干层的形成与植树造林问题。
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Climate and soil moisture environment during development of the fifth paleosol in Guanzhong Plain [J].https://doi.org/10.1007/s11430-008-0047-y URL 摘要
Based on weathering characteristics of the fifth palaeosol layer (S 5 ) of four sections in Guanzhong Plain, the thickness of the weathered profile of the paleosol is determined to be greater than the ordinary soil, a weathered and leached loess layer thicker than 2 m. The distribution depth of the red argillans, the weathered and leached loess layer, Fe 2 O 3 , CaCO 3 and Sr content under the S 5 all indicate that the precipitation in Guanzhong Plain was over 900 mm at that time. The distribution depth of gravity water zone reached 4.2 m at least, and the soil moisture content was generally more than 20% within the range of 4.2 m. At that time there was sufficient soil moisture and no dried earth layer developed in Guanzhong Plain, suitable for the forest to develop. When this soil developed, the mean annual precipitation was more than the annual soil moisture evaporation. The value of soil moisture balance was positive and the atmospheric precipitation could supply the underground water normally. Soil water was weak acidic in the middle and late stages when S 5 developed in Guanzhong Plain. It was a kind of subtropical climate and even more humid and warmer than the northern edge of the subtropical climate zone in Guanzhong Plain when the S 5 developed. At that time the subtropical climate was prevailing over the northern side and southern side of Qingling Mountains, showing the Mountains no longer to be the boundary between the subtropical zone and the temperate zone in China. The summer monsoon acted intensely and could go over Qingling Mountains frequently bring abundant precipitation.
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塔克拉玛干沙漠84°E沿线沙物质的粒度特征 [J].Grain size parameters of aeolion sediments in the vicinity of the longitude 84°E, Taklamakan deser . |
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沙坡头地区新月形沙丘粒度特征 [J].
由腾格里沙漠东南缘沙坡头附近新月形沙丘表面沉积物的系统采集分析结果,发现从北部沙漠主体向黄河南岸,沙丘沙平均粒径变细但分选变差。同时,粒径及分选性在沙丘断面出现两种变化模式,其一是沙漠主体新月形沙丘由两侧坡部向丘顶区域粒径变细分选变好;其二为黄河两岸阶地和湖盆滩地的新月形沙丘丘顶沙粒粗于其它部位但分选仍然最好。根据粒度参数间的相互关系和其它环境条件的分析,对沙丘沙粒度变化的原因及偏度等也作了初步探讨。
Characteristics of grain size over crescentic dunes in shapotou, shoutheastern tengger desert .
由腾格里沙漠东南缘沙坡头附近新月形沙丘表面沉积物的系统采集分析结果,发现从北部沙漠主体向黄河南岸,沙丘沙平均粒径变细但分选变差。同时,粒径及分选性在沙丘断面出现两种变化模式,其一是沙漠主体新月形沙丘由两侧坡部向丘顶区域粒径变细分选变好;其二为黄河两岸阶地和湖盆滩地的新月形沙丘丘顶沙粒粗于其它部位但分选仍然最好。根据粒度参数间的相互关系和其它环境条件的分析,对沙丘沙粒度变化的原因及偏度等也作了初步探讨。
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毛乌素沙地南缘横向沙丘粒度分布及其对风向变化的响应 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2006.06.005 Magsci 摘要
<p>在风季发生转换期间， 根据不同方向风的持续时间， 对毛乌素沙地南缘长48m， 高8m 的 横向沙丘进行了7 次断面形态测量和表面沉积物采样分析。结果表明， 横向沙丘断面形态及表面 沉积物粒度分布随区域气流方向和强度而发生变化。在沙丘各部位， 丘顶及附近两侧的沙粒活动 性强， 表面沉积物粒径及分选参数变化显著。在粒径及分选参数中， 粒径频率曲线、平均粒径和偏 度对风的作用比较敏感， 随时间的变化也明显， 利用它们的变化可以解释区域气流变化对沙丘的 影响。风向发生转换时期的短期观测和采样分析结果进一步说明采样时间是影响沙丘表面沉积 物粒度特征的重要因素。</p>
Grain-size Variation on a Transverse Dune and Response to Wind Direction Changes on Southern Edge of Mu Us Desert .https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2006.06.005 Magsci 摘要
<p>在风季发生转换期间， 根据不同方向风的持续时间， 对毛乌素沙地南缘长48m， 高8m 的 横向沙丘进行了7 次断面形态测量和表面沉积物采样分析。结果表明， 横向沙丘断面形态及表面 沉积物粒度分布随区域气流方向和强度而发生变化。在沙丘各部位， 丘顶及附近两侧的沙粒活动 性强， 表面沉积物粒径及分选参数变化显著。在粒径及分选参数中， 粒径频率曲线、平均粒径和偏 度对风的作用比较敏感， 随时间的变化也明显， 利用它们的变化可以解释区域气流变化对沙丘的 影响。风向发生转换时期的短期观测和采样分析结果进一步说明采样时间是影响沙丘表面沉积 物粒度特征的重要因素。</p>
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古尔班通古特沙漠南部风沙土粒度分布的空间异质性 [J].
系统采集古尔班通古特沙漠南部典型地段纵向沙垄和垄间地浅层风沙土（0～30cm）样184 件，运用常规粒度分析和地统计分析方法研究了古尔班通古特沙漠南部沙垄不同部位凤沙土粒度组成、分布特征及空间变异。结果显示：风沙土机械组成的优势粒级 是细沙和极细沙，不同地貌部位粒级组成差异明显。粘土和粉沙的含量为垄间地高于沙垄，背风坡高于迎风坡和垄顶。极细沙和细沙的含量是迎风坡最高，垄顶最 低。中沙、粗沙和极粗沙的含量则是垄间地低于沙垄，垄顶最高。风沙土粗物质粒径ψ1和平均粒径Mz从垄间地→背风坡→迎风坡→垄顶均由细变粗，分选系数σ 则由差变好5同时，ψ1、Mz和σ具有中等一强空间自相关性，其空间相关范围（变程）大小顺序为ψ1〈σ〈Mz。这些粒度参数的空间变异深受沙垄地形影 响，不仅从垄顶到垄坡脚存在带状分布的变化梯度，而且梯度值是背风坡明显大于迎风坡。
Spatial heterogeneity for grain size distribution of eolian sand soil in the southern Gurbantunggut Desert .
系统采集古尔班通古特沙漠南部典型地段纵向沙垄和垄间地浅层风沙土（0～30cm）样184 件，运用常规粒度分析和地统计分析方法研究了古尔班通古特沙漠南部沙垄不同部位凤沙土粒度组成、分布特征及空间变异。结果显示：风沙土机械组成的优势粒级 是细沙和极细沙，不同地貌部位粒级组成差异明显。粘土和粉沙的含量为垄间地高于沙垄，背风坡高于迎风坡和垄顶。极细沙和细沙的含量是迎风坡最高，垄顶最 低。中沙、粗沙和极粗沙的含量则是垄间地低于沙垄，垄顶最高。风沙土粗物质粒径ψ1和平均粒径Mz从垄间地→背风坡→迎风坡→垄顶均由细变粗，分选系数σ 则由差变好5同时，ψ1、Mz和σ具有中等一强空间自相关性，其空间相关范围（变程）大小顺序为ψ1〈σ〈Mz。这些粒度参数的空间变异深受沙垄地形影 响，不仅从垄顶到垄坡脚存在带状分布的变化梯度，而且梯度值是背风坡明显大于迎风坡。
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巴丹吉林沙漠高大沙山粒度成分与沙山形成 [J].
本文选取巴丹吉林沙漠东南部全球高差最大（约420m）的诺尔图湖东大沙山和较高的苏木巴润吉林湖西大沙山（高差约400m）作为研究对象，对其迎风坡沉积物粒度特征进行系统采样分析，讨论了高大沙山迎风坡粒度成分特点、变化规律、原因及其活动性和动力变化。结果表明，全球高差最大的诺尔图东沙山迎风坡表层沉积物的粒度组成较下层略粗，表层沉积物的中砂（47.48%）含量高于细砂（39.43%），而下层沉积物的细砂含量（54.01%）明显高于中砂（40.96%）；两层沉积物的极粗砂、粗砂、极细砂和粗粉砂含量均很少，且不含粘粒。上层粒度成分比下层粗主要是由表层受到了风蚀作用造成的。从沙山下部到上部，迎风坡沉积物粒逐渐变细，分选变好，偏度趋于负偏。苏木巴润吉林湖西大沙山的粒度组成也具有上粗下细的双层结构，粒度组成特点和变化规律与诺尔图湖东大沙山基本相同。两个大沙山粒度组成与变化特点一致表明，大沙山表层粒度成分在发生粗化，物质组成还在发生移动，大沙山仍然处在活动阶段。与我国其它地区各沙漠风速相比，巴丹吉林大沙山区风动力较强，这是其粒度较粗的重要原因之一，也是能够形成全球高差最大沙山所必须的动力条件。大沙山物质运移的基本模式是下部以侵蚀搬运为主，中、上部物质堆积与侵蚀运移同时发生，风沙物质经过多次的运移传递而到达沙山顶部和背风坡。
Particle size composition and formation of the mega-dune in the Badain Jaran desert .
本文选取巴丹吉林沙漠东南部全球高差最大（约420m）的诺尔图湖东大沙山和较高的苏木巴润吉林湖西大沙山（高差约400m）作为研究对象，对其迎风坡沉积物粒度特征进行系统采样分析，讨论了高大沙山迎风坡粒度成分特点、变化规律、原因及其活动性和动力变化。结果表明，全球高差最大的诺尔图东沙山迎风坡表层沉积物的粒度组成较下层略粗，表层沉积物的中砂（47.48%）含量高于细砂（39.43%），而下层沉积物的细砂含量（54.01%）明显高于中砂（40.96%）；两层沉积物的极粗砂、粗砂、极细砂和粗粉砂含量均很少，且不含粘粒。上层粒度成分比下层粗主要是由表层受到了风蚀作用造成的。从沙山下部到上部，迎风坡沉积物粒逐渐变细，分选变好，偏度趋于负偏。苏木巴润吉林湖西大沙山的粒度组成也具有上粗下细的双层结构，粒度组成特点和变化规律与诺尔图湖东大沙山基本相同。两个大沙山粒度组成与变化特点一致表明，大沙山表层粒度成分在发生粗化，物质组成还在发生移动，大沙山仍然处在活动阶段。与我国其它地区各沙漠风速相比，巴丹吉林大沙山区风动力较强，这是其粒度较粗的重要原因之一，也是能够形成全球高差最大沙山所必须的动力条件。大沙山物质运移的基本模式是下部以侵蚀搬运为主，中、上部物质堆积与侵蚀运移同时发生，风沙物质经过多次的运移传递而到达沙山顶部和背风坡。
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