艾比湖流域拋物線沙丘初步研究

摘要：艾比湖流域在西風環流影響下形成典型的中溫帶干旱大陸氣候，該流域發育形成了灌叢沙丘、縱向沙壟、拋物線沙丘等風沙地貌類型。沙物質、風動力、河流湖泊作用和植被條件對該地區風沙地貌的形成有重要的影響。近年來人類活動導致該流域灌叢植被受到較強烈的干擾，導致該流域內分布的灌叢沙丘發生形態變異成拋物線沙丘，使得區域內風沙災害趨勢增強。

關鍵詞：拋物線沙丘 荒漠化 艾比湖流域

近年來干旱區風沙地貌在植物影響下發育的拋物線沙丘已經逐漸成為眾多學者的研究對象。[1-4]新疆艾比湖流域位于我國著名的大風口阿拉山口，是西風帶氣候影響下形成的固定半固定沙漠，其生態環境及荒漠化現狀受到來自國內外眾多學者的普遍關注。經研究發現，該流域東南緣分布著大量的拋物線沙丘。本文通過研究該地風沙地貌的發育條件、拋物線沙丘分布、形態特征及發育模式為該流域風沙地貌治理提供依據。

1、區域概況與研究方法

艾比湖流域位于43°38.1～45°52ˊN，79°53ˊ～85°02ˊE之間，年降水100mm左右，蒸發量1600mm以上，氣候極端干燥，降水稀少，屬典型溫帶大陸性氣候。[5]艾比湖盆地三面環山，西北是著名的風區阿拉山口，東部與準噶爾盆地相連。（圖 1）本文收集了艾比湖流域地質地貌和自然地理基礎資料，重點分析了流域拋物線沙丘發育的環境條件。以Google Earth高分辨率遙感影像資料、野外調研、氣象數據為基礎，對艾比湖流域風沙拋物線沙丘類型和分布特征及其發育機制進行了初步分析。

2、風沙地貌類型和分布特征

艾比湖流域風沙地貌以風成地貌為主集中在艾比湖以東，以流動沙丘為主，固定和半固定沙丘為輔。[6]風積地貌以拋物線沙丘分布最為典型。實地考察和遙感影像特征分析發現，艾比湖流域東南部廣泛分布著拋物線沙丘，即主要形態阿拉山口風向影響大多呈現向西北迎風方向開口的拋物線形，同時沙丘的兩臂也指向西北方向。除少數拋物線沙丘發育較對稱外，大部分拋物線沙丘的兩臂發育不對稱。（圖2A）由于受到風蝕作用，沙丘弧頂沙梁迎風坡平坦，背風坡則較為陡峭。該區域植被覆蓋度可達15%～20%以上，優勢種為白梭梭，不對稱拋物線沙丘固定程度較高。（圖3B）

3、風沙地貌形成的環境條件

3.1 沙物質來源

歷史上艾比湖面積很大，但一直處于緩慢縮小過程中[7]。特別是50年代以來，由于流域范圍內人口急劇增加，墾荒、截流導致裸露湖底面積不斷增大，艾比湖沉積物厚度達200m以上，干涸湖底西北部約50km？淪為鹽漠。根據流域氣象資料以及實地考察結果，可以看出是艾比湖的干涸湖底為全流域的沙塵天氣提供了豐富的沙塵源。

3.2 風動力作用

艾比湖流域位于世界著名風口阿拉山口的主風道下，阿拉山口至艾比湖有一段高度差，形成了“冷空氣入侵+狹管效應+動力下傳”的運動形式，具有風力強、頻率高、持續時間長的顯著特點。[8]根據阿拉山口氣象站近50年的觀測，年均8級以上大風日數165d，大于等于6m/s的大風時數每年268h，瞬時最大風速55m/s。[9] 艾比湖地區大風天氣集中在4、5月份（如圖3），大風將疏松的地表物質、干涸湖底的沙土鹽塵搬運到下風方向數千平方公里范圍內，造成流域沙塵災害。

3.3 降水和沙地水分

艾比湖流域風沙的流動性受到年降水季節分配和風力季節變化匹配程度的影響。近50a來艾比湖流域降水量呈現增多趨勢，尤其是進入九十年代后期，降水量明顯偏多，其中夏半年降水量增長趨勢率要高于冬半年。該區降水在季節分配上夏、冬兩季是四個季節中年代際平均降水量增加最多的季節，春季的降水增加則是比較緩慢[10]。

艾比湖流域降水總量134.0×108m3/a，但降水空間分布不均，表現為：山區降水總量大于平原。降水量在年內分配不均，表現為：平原和山區降水量都是夏多冬少。[11]

3.4 湖泊、河流作用

艾比湖流域是一個封閉性的流域，來水量包括湖面降水量、地表水入湖量、地下水的入湖補給量三部分，耗水量主要是艾比湖水面蒸發量。[12]

艾比湖流域由博爾塔拉河、精河和奎屯河3個水系組成，共有12條主要河流，總徑流量37.46×108m3， 年徑流量大于1×108m3的有7條河流， 20世紀50年代后，由于氣候變化和人類活動的雙重影響， 目前只有博河和精河兩條河流持續向艾比湖補給水源。[13]

4、風沙地貌形成的動力機制與發育模式

拋物線形沙丘主要分布于水分、植被條件較好的半干旱、半濕潤的沙質草原環境，以及沙質海岸、湖岸和干旱沙漠邊緣。[14]根據野外實地考察和高分辨率遙感影像特征分析，艾比湖流域廣泛分布著拋物線沙丘。世界上面積最大的拋物線形沙丘分布在南亞印度和巴基斯坦的塔爾沙漠、中亞烏茲別克斯坦的克孜爾庫姆沙漠、哈薩克斯坦的卡拉庫姆沙漠。我國遼東半島西北岸、山東半島北岸、華南沿海、海南島東北部等海岸地區，古爾班通古特沙漠西南部、毛烏素沙地和渾善達克（小騰格里）沙地、庫布齊沙漠東南緣和伊犁地區都有分布。[1]此外，拋物線沙丘也常見于溫帶和濕潤赤道的海岸帶。

我們可以看出植物在該類沙丘的發育過程中具有重要作用，一定量的沙源和較強的風力是必備條件。艾比湖流域有著相對較好的水分和植物條件，擁有豐富的沙源。現有資料表明，研究區處于阿拉山口下風向，以西北風向居多，持續較強的風力為沙物質的搬運、堆積提供了條件。

拋物線沙丘屬于橫向沙丘類型，其成因屬于受植物發育的固定沙丘類型。艾比湖流域拋物線沙丘一部分，該流域分布的大量的灌叢沙堆，沙堆兩翼的灌叢起了固定作用，沙丘弧頂段脊線上的灌叢沙堆稀少，對沙丘弧頂段由內側向外側輸移的沙物質未能產生有效的阻擋，因此弧頂區的移動速度高于兩翼，從而形成拋物線沙丘（圖A、B）。沙丘兩翼的緩慢移動及弧頂段的快速移動進一步將導致沙丘的形態由拋物線形向發夾形演變。（圖C）

從本世紀50年代到現在，艾比湖從1200km？萎縮至408km？左右，沙漠化的遷移方向主要是研究區的東部，干涸的湖區逐漸形成為沙地，沙漠化面積每年以38.5平方公里的速度擴大，使艾比湖地區成為中國第五大沙塵暴源地。這一階段艾比湖的急劇萎縮與人類活動有密切關系。[15]

（1）艾比湖流域拋物線沙丘是在西風帶氣候下影響下發育的固定半固定沙漠，主要受阿拉山口持續西風的影響。

（2）艾比湖流域拋物線沙丘是在水分和植被條件較好的生態環境中發育形成的，風力、沙源、植物是拋物線沙丘發育的基本條件。

（3）河流、湖泊系統為拋物線沙丘提供了充足的水分條件和較好的植被條件。

4）自建國近60年以來人類活動對艾比湖流域風沙地貌的形成造成了很大的影響。人口劇增、人類活動耗水、荒地開墾、過度放牧，破壞了地表植被，加速了風沙侵蝕過程，使得灌叢沙堆轉化形成拋物線沙丘，并進一步使拋物線沙丘發生變異。

基金項目：國家自然科學基金，艾比湖流域拋物線沙丘形成演化研究（編號：41161004）

參考文獻：

[1]閆娜，哈斯，劉懷泉等.拋物線形沙丘的形態與演變的研究進展[J].中國沙漠， 2010年9月，30（4），801-807.

[2]杜會石，哈斯，吳霞等.3S技術在拋物線沙丘形態特征研究中的應用[J]. 地理與地理信息科學， 2011年9月， 27（5）， 33-36.

[3]李自忠，武勝利，陳蜀江等.伊犁塔克爾莫乎爾沙漠風沙地貌初步研究[J].新疆農業科學， 2008， 45（S3）， 113-118.

[4]張萍，哈斯，杜會石等.拋物線形沙丘與油蒿灌叢之間的動態關系[J].科學通報， 2011， 56（35）， 3003-3010.

[5]王少樸，李志忠，凌智永等.新疆艾比湖周邊灌叢沙堆地貌形態特征相關分析[J].咸陽師范學院學報，2008年11月， 23（6），58-62.

[6]周長海，雷加強.艾比湖地區風沙危害趨勢及對歐亞大陸橋的影響[J].干旱區地理，2005年2月，25（1），98-102.

[7]劉曉， 陳正江， 高凡.基于水量調控防治艾比湖流域沙塵天氣災害的設想[J].水土保持研究， 2005年12月，12（6），92-94.

[8]董紅，努爾巴衣·阿布都沙力克.新疆艾比湖流域鹽塵分析[J].干旱區資源與環境， 2008，22（10），121-124.

[9]李萬娟，李志忠，武勝利等.新疆艾比湖周邊檉柳沙堆的粒度特征[J].干旱區地理，2010年7月，33（4），525-531.

[10]何清， 袁玉江， 喻樹龍.新疆艾比湖流域氣候與水域變化及其影響[J]，.中國氣象學會2007年年會氣候變化分會場論文集，2007.

[11]麻旭輝，艾比湖地區沙漠化驅動機制研究[D].新疆大學碩士研究生學位論文，中國知網.

[12]張慶，黃若行，袁新春.艾比湖1961—2001年的演化特點及機制分析[J].沙漠與綠洲氣象，2010，4（2），51-54.

[13]喬木，周生斌，盧磊等.艾比湖流域年徑流變化特征分析[J].水土保持學報， 2010， 24（6）， 236-239.

[14]吳正.風沙地貌與治沙工程學[M].第一版， 北京， 科學出版社， 2003， 151-152.

[15]楊云良，閻順，賈寶全.艾比湖流域生態環境演變與人類活動關系初探[J].生態學雜志， 1996，15（6）：43-49.