塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴和地表沙物质粒度特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00112

摘要/Abstract

摘要：

围绕塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴及沙尘暴前后地表沙物质的粒度特征，对塔中地区的沙尘样品开展了粒度参数计算、粒度组分分离和函数模型拟合分析。结果表明：（1）表沙样品的平均粒径为143 μm，细沙和极细沙含量占87.02%；沙尘暴过后表沙样品的平均粒径为97 μm，极细沙和细沙含量占79.44%。（2）沙尘暴样品的平均粒径为82 μm，粉沙和极细沙含量占80.89%。（3）沙尘暴过后表沙样品的平均粒径减小46 μm，黏粒、粉沙和极细沙含量增加，表明沙尘暴携带的大量细粒物质对表沙的粒度特征有重要影响。（4）沙尘暴样品粒度随高度的变化主要受控于风速，风速阈值7.7~8.4 m·s^-1，不同高度平均粒径与平均风速的函数关系，在三维空间中采用二阶多项式曲面模型能够很好地拟合。

关键词: 塔克拉玛干沙漠, 沙尘暴, 粒度, 函数拟合

Abstract:

Focused on the variation of particle size characteristics of surface sand before and after sandstorms in the Taklamakan Desert hinterland， we conducted a systematic particle size analysis of surface sand， including parameter calculation， particle size component separation and function fitting. The results show that：（1） The average particle size of the surface sand sample is 143 μm， dominated by fine and very fine sand， which together accounted for 87.02%； after the sandstorm， dominated by very fine sand and fine sand， which together accounted for 79.44%. （2） The average particle size of the sandstorm sample is 82 μm， dominated by powdery sand and very fine sand， which together accounted for 80.89%. （3） After the sandstorm， the average particle size of the surface sand decreased by 46 μm， and the content of clay， powder and very fine sand increased， indicating that the large amount of fine-grained material carried by the dust storm had an important influence on the particle size characteristics of the surface sand. （4） The variation of sand particle size with height is mainly controlled by wind speed， with wind speed thresholds ranging from 7.7 m·s^-1 to 8.4 m·s^-1. In three-dimensional space， the second-order polynomial surface model can well fit the function relationship between the average sand particle size and the average wind speed.

Key words: Taklimakan Desert, sandstorm, particle size, function fitting

中图分类号:

P931.3

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图/表 8

图1 研究区地理位置

Fig. 1 Location of the study area

表1 样品信息

Table 1 Samples information

样品	采样时间	样品数	平均风速/(m·s^-1)	沙尘暴持续时间/h	主风向
表沙样品	2021-06-25	10	3.1	—	东北风
第1次沙尘暴样品	2021-07-18	12	7.7	12	东北风
沙尘暴过后表沙样品	2021-07-18	1	—	—	—
第2次沙尘暴样品	2021-07-19	12	8.5	5	东北风
沙尘暴过后表沙样品	2021-07-19	1	—	—	—
第3次沙尘暴样品	2021-07-31	12	7.1	10	北风
沙尘暴过后表沙样品	2021-07-31	1	—	—	—
第4次沙尘暴样品	2021-08-06	12	6.8	6	东风
沙尘暴过后表沙样品	2021-08-06	1	—	—	—
第5次沙尘暴样品	2021-08-14	12	8.4	16	东北风
沙尘暴过后表沙样品	2021-08-14	1	—	—	—
第6次沙尘暴样品	2021-08-16	12	8.5	3	西北风
沙尘暴过后表沙样品	2021-08-16	1	—	—	—

图2 样品粒度与组分分离频率曲线

Fig. 2 Diagram of samples particle size and component separation frequency

表2 样品粒度参数

Table 2 Particle size parameters of the samples

沙尘暴日期	粒度参数	沙尘暴过后表沙	高度
沙尘暴日期	粒度参数	沙尘暴过后表沙	0.5 m	1 m	1.5 m	2 m	2.5 m	3 m	3.5 m	4 m	4.5 m	5 m	5.5 m	6 m
7月18日	平均粒径	3.41	3.66	3.66	3.80	3.78	3.88	3.73	3.72	3.74	3.82	3.67	3.79	3.81
	分选系数	-0.81	-0.78	-0.79	-0.91	-0.82	-1.03	-0.66	-0.67	-0.84	-0.78	-0.65	-0.85	-0.85
	偏度	-0.31	-0.42	-0.43	-0.38	-0.34	-0.45	-0.34	-0.32	-0.41	-0.34	-0.33	-0.38	-0.35
	峰度	2.11	1.93	2.04	1.67	1.44	1.75	1.81	1.66	1.73	1.51	1.78	1.65	1.51
7月19日	平均粒径	3.47	3.65	3.66	3.67	3.83	3.82	3.64	3.67	3.73	3.82	3.62	3.68	3.66
	分选系数	-0.86	-0.66	-0.69	-0.63	-1.02	-0.72	-0.63	-0.66	-0.73	-0.79	-0.68	-0.74	-0.63
	偏度	-0.30	-0.27	-0.33	-0.31	-0.51	-0.27	-0.32	-0.31	-0.34	-0.32	-0.36	-0.33	-0.30
	峰度	1.94	1.51	1.61	1.77	1.98	1.53	1.74	1.71	1.65	1.51	1.99	1.50	1.68
7月31日	平均粒径	3.43	3.63	3.72	3.83	3.73	3.80	3.92	3.79	3.80	3.81	3.82	3.87	3.91
	分选系数	-0.89	-0.63	-0.65	-0.67	-0.64	-0.68	-0.71	-0.68	-0.65	-0.67	-0.69	-0.67	-0.73
	偏度	-0.28	-0.22	-0.25	-0.27	-0.26	-0.27	-0.29	-0.26	-0.28	-0.28	-0.27	-0.27	-0.29
	峰度	1.82	1.44	1.47	1.50	1.55	1.50	1.51	1.49	1.57	1.55	1.48	1.48	1.48
8月6日	平均粒径	3.61	3.67	3.82	3.90	3.97	3.83	4.06	4.02	4.02	4.04	4.04	3.77	3.88
	分选系数	-0.93	-0.67	-0.67	-0.73	-0.78	-0.68	-0.81	-0.79	-0.81	-0.83	-0.85	-0.69	-0.74
	偏度	-0.31	-0.25	-0.28	-0.31	-0.33	-0.28	-0.33	-0.32	-0.35	-0.34	-0.35	-0.25	-0.31
	峰度	1.89	1.50	1.51	1.53	1.48	1.50	1.48	1.49	1.54	1.56	1.43	1.51	1.52
8月14日	平均粒径	3.40	3.76	3.81	3.76	3.84	3.87	3.80	3.85	3.88	3.78	3.89	3.67	3.67
	分选系数	-0.89	-0.63	-0.66	-0.63	-0.69	-0.68	-0.71	-0.68	-0.69	-0.70	-0.71	-0.62	-0.63
	偏度	-0.28	-0.28	-0.27	-0.25	-0.31	-0.29	-0.28	-0.29	-0.28	-0.29	-0.29	-0.25	-0.25
	峰度	1.81	1.59	1.51	1.46	1.58	1.51	1.47	1.51	1.48	1.47	1.50	1.49	1.47
8月16日	平均粒径	3.40	3.63	3.63	3.60	3.65	3.58	3.57	3.64	3.58	3.34	3.58	3.58	3.64
	分选系数	-1.09	-0.69	-0.63	-0.56	-0.68	-0.56	-0.57	-0.62	-0.55	-0.51	-0.51	-0.61	-0.52
	偏度	0.01	-0.23	-0.28	-0.27	-0.36	-0.27	-0.28	-0.28	-0.26	-0.34	-0.38	-0.28	-0.28
	峰度	2.24	1.60	1.58	1.66	1.93	1.67	1.70	1.61	1.62	2.19	2.42	1.64	1.81

图3 沙尘暴前后表沙粒级变化

Fig. 3 Changes in surface sand particle size before and after sandstorms

图4 沙尘暴样品粒度垂向分布特征

Fig. 4 Variation of particle size vertical distribution of sandstorm samples

图5 6次沙尘暴平均粒径与平均风速函数拟合曲面

Fig. 5 Fitting surfaces of mean particle size and mean wind speed in six dust storm events

表3 二阶多项式曲面模型拟合参数

Table 3 Second-order polynomial surface model fitting parameters

沙尘暴日期	$p 00$	$p 10$	$p 01$	$p 20$	$p 11$	$S S E$	R²	修正R²	RMSE
7月18日	2.92	1.93	-0.001	0.35	0.003	0.0009	1.00	1.00	0.011
7月19日	2.92	1.95	0.001	0.36	0.003	0.0017	1.00	0.99	0.016
7月31日	2.97	1.91	-0.001	0.31	0.001	0.000004	1.00	1.00	0.001
8月6日	3.04	1.87	0.005	0.22	-0.012	0.0002	1.00	1.00	0.006
8月14日	2.96	1.91	-0.001	0.32	0.002	0.00002	1.00	1.00	0.002
8月16日	2.81	2.05	-0.155	0.42	0.171	0.0042	0.99	0.99	0.025

表3 二阶多项式曲面模型拟合参数

Table 3 Second-order polynomial surface model fitting parameters

沙尘暴日期	$p 00$	$p 10$	$p 01$	$p 20$	$p 11$	$S S E$	R²	修正R²	RMSE
7月18日	2.92	1.93	-0.001	0.35	0.003	0.0009	1.00	1.00	0.011
7月19日	2.92	1.95	0.001	0.36	0.003	0.0017	1.00	0.99	0.016
7月31日	2.97	1.91	-0.001	0.31	0.001	0.000004	1.00	1.00	0.001
8月6日	3.04	1.87	0.005	0.22	-0.012	0.0002	1.00	1.00	0.006
8月14日	2.96	1.91	-0.001	0.32	0.002	0.00002	1.00	1.00	0.002
8月16日	2.81	2.05	-0.155	0.42	0.171	0.0042	0.99	0.99	0.025

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