system: [SYSTEM]

user: 4. 结果与分析 4.1. 新月形沙丘的形态参数 新月形沙丘的形态特征随着时间的推移处于不断的变化过程中。如表1、表2所示，在河西绿洲边缘的不同沙区，新月形沙丘的各个形态参数的变化并没有明显的规律性，这种无规律的变化特征是跟诸多的自然因素相关联的，但各参数之间存在着必然的联系。沙丘的形态参数变化只能反映沙丘不同发育阶段的大致形态特征，尚不能解释沙丘形成和发展的动态过程。 4.2. 新月形沙丘形态参数的变化 如表3所示，在单一主风向常年作用下，古浪、民勤、高台、敦煌的沙丘宽度有所减小，而其他三个沙区的沙丘宽度均有所增加，其中民勤的减少值最大，而临泽的增加值最大。除金昌外，其它6个样点的沙丘迎风坡长度均增加，民勤增加值最大为13.14 m，增加值最小的为临泽的2.91 m，民勤和金昌的沙丘背风坡增大值分别为2.57 m和1.98 m。7个样点中，沙丘迎风坡平均增长4.78 m，背风坡长平均减小0.74 m，这就意味着大多数地区，新月形沙丘的背风坡长度是呈增加的趋势，背风坡长呈减小趋势。 Table 1 Barchan dune morphology parameter values (2006 样地 经纬度 时间/a 投影面积/m 2 宽度/m 迎风坡长/m 背风坡长/m 古浪 37˚36'36.99“N 2006 7816 144.87 75.43 7.56 103˚36'04.75“E 民勤 38˚37'59.66“N 2006 39061 286.39 108.7 22.26 102˚55'12.78“E 金昌 38˚53'03.91“N 2006 16321 151.59 100.00 12.15 102˚22'38.58“E 临泽 39˚23'40.60“N 2006 25138 207.01 72.51 39.80 100˚12'58.88“E 高台 39˚22'54.35“N 2006 9160 169.61 40.68 10.13 99˚35'05.14“E 金塔 39˚57'22.99“N 2006 14119 281.10 83.50 16.74 98˚48'15.62“E 敦煌 39˚57'58.30“N 2006 12023 222.45 46.22 24.15 93˚59'29.15“E 表1. 新月形沙丘的形态特征参数值(2006年) Table 2 Barchan dune morphology parameter values (2014/2015 样地 经纬度 时间/a 投影面积/m 2 宽度/m 迎风坡长/m 背风坡长/m 古浪 37˚36'36.99“N 2014 6916 132.87 68.86 8.96 103˚36'04.75“E 民勤 38˚37'59.66“N 2015 36480 277.95 108.46 26.97 102˚55'12.78“E 金昌 38˚53'03.91“N 2015 17561 156.32 93.89 14.59 102˚22′38.58“E 临泽 39˚23'40.60“N 2014 24774 240.14 67.55 42.84 100˚12'58.88“E 高台 39˚22'54.35“N 2014 8398 170.3 53.49 12.9 99˚35'05.14“E 金塔 39˚57'22.99“N 2015 19969 290.7 75.31 19.53 98˚48'15.62“E 敦煌 39˚57'58.30“N 2014 12232 225.75 48.23 22.43 93˚59'29.15“E 表2. 新月形沙丘的形态特征参数值(2014/2015年) Table 3 Numerical changes in barchan dune morphology parameter 样地 时间差/a 投影面/m 2 宽度/m 迎风坡长/m 背风坡长/m 沙丘走向/° 古浪 8 −531 −5.7 7.63 −2.74 315.39 民勤 9 −2380 −17.58 13.14 2.57 305.56 金昌 9 1009 4.73 −8.99 1.98 297.55 临泽 8 80 10.77 2.91 −1.48 288.9 高台 8 −734 −3.33 5.33 −0.77 293.97 金塔 9 −1597 4.26 10.05 −0.80 303.53 敦煌 8 242 −6.35 3.38 −3.97 258.55 平均 −559 −1.83 4.78 −0.74 294.78 表3. 新月形沙丘的形态参数变化值 4.3. 沙丘的移动 如图2所示，新月形沙丘的移动距离是反映其位置变化的最直观形式。由表4可知，民勤沙区的沙丘移动距离和移动速度最大分别为55.8 m和6.2 m∙a −1 ，这是因为民勤绿洲边缘新月形沙丘的分布的密度较小，再加之上风向沙源丰富，年大风日数较多。敦煌和高台沙区的沙丘移动距离和移动速度较小，敦煌为6.4 m和0.8 m∙a −1 ，高台为11.2 m和1.4 m∙a −1 ，这两个沙区沙丘分布密度较小，沙丘高大，年大风日数较少，相对稳定，特别是敦煌有时候出现多个主风向，使沙丘的移动呈往复运动，甚至会发育成金字塔形沙丘。其它4个沙区沙丘移动距离和移动速度较为接近，区域内沙丘分布密度较为稠密，大多呈新月形沙丘链分布。河西地区，在8~9年间，沙丘平均位移为31.7 m，年平均移动速度为3.7 m∙a −1 。 4.4. 沙丘形态变化与气象环境因子的关系 4.4.1. 新月形沙丘的分布环境 新月形沙丘均存在于沙漠边缘的下风向，即绿洲边缘。如表5所示，河西绿洲边缘的新月形沙丘均分布在砂砾质滩地或沙粘质滩地上，且前后滩地比较开阔、平坦。上风向迎风坡前滩平均长220.0 m，背风坡后滩平均长413.1 m，后滩显著长于前滩(P < 0.05)其中，民勤、金昌、金塔的沙丘上下风向的砂砾质滩地或沙粘质滩地较长，其中民勤地区最大，上风向为487.7 m，下风向为903.7 m，说明新月形沙丘的分布密度较小；高台地区最小，上风向为18.7 m，下风向为54.3 m，说明这些地区的新月形沙丘的分布密度较大。粗糙的下伏地面增加了沙粒起动风速，也增加了沙丘与地面的摩擦，降低了沙丘移动速度。新月形沙丘的前后滩地只有零星的植被覆盖，植被覆盖度均小于3.6%，其中迎风坡前滩平均为0.9%，背风坡后滩平均为1.3%，后滩植被覆盖度显著大于前滩(P < 0.05)。河西地区的新月形沙丘到绿洲边缘的距离各不相同，最短为263.9 m (临泽)，最长为2448.8 m (金昌)，平均为1087.2 m。 4.4.2. 气象因子之间的关系 气象因子是新月形沙丘形成、发育和发展的重要条件，是沙丘动态变化的主要影响因素。河西地区被腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠和库木塔格3大沙漠包围，特别是荒漠绿洲边缘气候条件极端恶劣，如表6所示，所选的7个样点由古浪–民勤–金昌–临泽–高台–金塔–敦煌呈自东向西分布，年降水量随分布方向呈逐渐减少的趋势，空气干燥度呈增加趋势，年日照时数 > 2628.9 h，年蒸发量 > 1700 mm，远远高于年降水量，年平均气温在4.9℃~9.5℃之间波动，全年最大风向以西北风为主，风沙活动十分频繁。 在进行相关分析时，用X 1 、X 2 ……X 8 依次代表8个气象因子(年平均气温、年降水量、年蒸发量、年平均相对湿度、年平均风速、年大风日数、年沙尘暴日数、最大风向)。如表7所示，河西地区不同气候因子之间也存在着一定的相关关系，气候因子对自然环境的影响必然是通过其内部之间的关系来实现的。 4.4.3. 沙丘形态参数的变化与气象因子之间的关系 由表8可知，沙丘宽度的变化与年平均气温、年降水量、年蒸发量呈极显著正相关(P < 0.01)，与沙尘暴日数呈极显著负相关(P < 0.01)。沙丘迎风坡水平长变化与年平均气温、年降水量、年蒸发量、年平均风速呈极显著正相关(P < 0.01)，与年大风日数呈显著负相关(P < 0.05)。沙丘移动距离、移动速度与年平均风速、年大风日数、年沙尘暴日数呈极显著正相关(P < 0.01)，与年平均气温、年降水量、最大主风向呈显著正相关(P < 0.05)。 4.4.4. 气象因子对新月形沙丘动态变化的方差贡献率 由主因子分析结果表9所示，由于前三个特征值对应的累计方差贡献率已达到82.59%，且三者对沙丘宽度、迎风坡水平长、背风坡水平长、沙丘移动距离的影响极显著相关(P < 0.01)，因此，前三个因子 图2. 沙丘移动示意图 Table 4 Annual movement distance and speed of dun 样地 时间差/a 沙丘宽度/m 沙丘移动距离/m 沙丘移动速度/m∙a −1 古浪 8 277.95 38.4 4.8 民勤 9 132.87 55.8 6.2 金昌 9 156.32 40.5 4.5 临泽 8 240.14 33.6 4.2 高台 8 170.30 11.2 1.4 金塔 9 290.70 36.0 4.0 敦煌 8 225.75 6.4 0.8 平均 213.43 31.7 3.7 表4. 沙丘年移动距离和速度 Table 5 Barchan dune distribution of regional environmen 样点 上风向 下风向 植被盖度/% 距绿洲边缘的距离/m 滩长/m 地貌 滩长/m 地貌 迎风坡前滩 背风坡后滩 古浪 32.8 沙砾质滩地 67.6 沙砾质滩地 3.2 3.5 691.3 民勤 487.7 沙砾质滩地 903.7 沙砾质滩地 2.7 3.6 1394.3 金昌 360.3 沙粘质滩地 842.2 沙粘质滩地 0.0 0.0 2448.8 临泽 47.6 沙砾质滩地 134.9 沙砾质滩地 0.2 0.8 263.9 高台 18.7 沙砾质滩地 54.3 沙砾质滩地 0.1 0.1 646.7 金塔 568.7 沙砾质滩地 758.7 沙砾质滩地 0.5 1.0 1823.4 敦煌 24.2 沙粘质滩地 130.1 沙粘质滩地 0.0 0.0 342.3 平均 220.0 413.1 0.9 1.3 1087.2 表5. 新月形沙丘分布的区域环境 Table 6 Meteorological data in Hexi areas since 197 站名 日照时数/h 年平均气温/℃ 年降水量/mm 年蒸发量/mm 年平均相对湿度/% 年平均风速/m/s 年大风日数/d 年沙尘暴日数/d 最大 风向 古浪 2628.9 4.9 360.8 1769.9 3.5 4.5 NW 民勤 3037.4 8.3 113.0 2623.1 44.5 2.7 25.1 27.4 NW 金昌 2856.1 9.0 139.8 2094.2 39.0 19.9 28.0 NW 临泽 3051.1 7.6 118.1 2341.6 2.5 21.7 NW 高台 3116.6 7.7 110.3 1765.3 54.2 2.0 7.8 11.1 NW 金塔 3265.6 8.7 65.4 2560.9 44.9 1.9 14.4 6.4 NW 敦煌 3257.8 9.5 42.4 2505.1 43.3 2.1 13.5 10.6 W，WNW 表6. 河西各地1971年以来的气象资料 Table 7 The correlation between meteorological factor 编号 气象因子 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 1 X 2 - ** X3 - * X 4 - * ** ** X 5 X 6 ** - ** ** X 7 ** - ** ** ** X 8 * 表7. 气象因子之间的相关性 注： ** 表示极显著相关(P < 0.01)， * 表示显著相关(P < 0.05)，-表示负相关，下同。 Table 8 The correlation between the sand dune morphology parameters changes and meteorological factor 形态参数 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 沙丘宽度 ** ** ** - - ** - 迎风坡长 ** ** ** - ** - * - 背风坡长 - - - - - ** 移动距离 - * - ** ** ** * 移动速度 * - * - ** ** ** 表8. 沙丘形态参数的变化与气候因子的相关性 Table 9 Variance contribution rate of meteorological factor on sand dunes dynami 指标 气象因子 X 2 X 5 X 6 X 7 X 3 X 8 X 1 X 4 方差贡献率 39.58 25.63 17.38 10.24 4.67 1.78 0.60 0.12 累计贡献率 39.58 65.21 82.59 92.83 97.5 99.28 99.88 100 相关系数 0.832 ** 0.785 ** 0.750 ** 0.622 * 0.547 * 0.516 0.500 0.370 表9. 气象因子对沙丘动态的方差贡献率 已经反映了原始指标所提供的绝大部分信息，可将年降水量(X 2 )、年平均风速(X 5 )、年大风日数(X 6 )作为主因子对新月形沙丘的动态变化进行评价。河西绿洲边缘，受气温的影响，降雨量稀少，使得土壤含水量及其匮乏，进而使得植被退化十分严重，特别是新月形沙丘背风坡以及空旷地带的植被覆盖程度对年平均风速有着极其重要的影响，而风速通过影响沙丘的高度、沙丘移动、沙丘发育来影响整个沙丘的动态变化。当植被覆盖了较高时，可以有效的降低风速，进而减小风力对沙丘的吹蚀，使沙丘的动态变化受到抑制。因此，不论是相关分析还是主因子分析，结果均表明，沙丘的动态发育受年降水量、年平均风速、年大风日数的影响最大，而年降水量在气象因子中的贡献率最大。