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我国沙漠、戈壁及荒漠化土地总面积约为170万平方公里,约占国土面积的1/5,沙漠化是我国北方干旱、半干旱地区面临的严重环境问题。我国沙漠主要分布在年平均降水量小于200mm的干旱地区,沙地分布在年平均降水量为200~450mm的半干旱地区。库布齐沙漠是少有的位于半干旱地区且被流动沙丘覆盖的沙漠,它的成因和形成时代是非常值得研究的科学问题。

青藏高原隆起是新生代地球演化的重大地质事件,也是亚洲气候和环境变迁的重要驱动力。越来越多的地质证据显示,自距今约5000万年前印度次大陆与亚欧板块碰撞以来,青藏高原是分区域逐步隆起的。与此同时,地质时期亚洲地区的气候与环境经历了巨大的变化。但长期以来,关于青藏高原隆升对亚洲区域气候与环境变迁的作用尚存在着不同的看法。最近,基于中新世以来帕米尔-天山-昆仑山-阿尔金山-祁连山等青藏高原北部地区具有有限幅度的地形隆升、上新世初期塔克拉玛干等亚洲内陆沙漠形成的地质事实,中国科学院地球环境研究所刘晓东研究员、孙辉博士及其合作者利用一个高分辨率区域气候模式,通过降低青藏高原北部地形和移去亚洲内陆沙漠的古气候模拟研究,揭示了青藏高原北部隆升及亚洲内陆沙漠形成对区域气候和环境的影响。

近年来,中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室研究员杨小平课题小组对库布齐沙漠进行了全面考察,在沙漠东西向大断面上选择了四个上覆于基岩和河流阶地的风沙-古土壤沉积剖面开展研究。他们通过对沉积物的光释光年代和一系列古环境特征代用指标的测定,结合地质地貌、风况数据以及历史文献的分析,对库布齐沙漠景观的成因和形成时代取得了新认识。和前人观点不同,他们认为库布齐现代沙漠景观形成时期较晚,提出多数流动沙丘应是地质历史时代划分中最晚的一个时段即全新世时期
(距今11500年以来)
形成的。他们在古河道-湖泊边缘获得了末次盛冰期(距今约18000年前)代表风沙活动的地质记录,但这些个别风沙沉积记录可能与局地河岸湖滨风沙运动有关,有别于代表大规模沙漠景观相关的风沙活动地质记录。沙漠沙丘的形成是多种要素综合的结果,特别是可利用沙源、地表裸露状况和风力搬运能力的相互影响、相互作用等因素。

他们的数值模拟结果表明,中新世以来青藏高原北部隆升造成高原北侧的塔里木盆地、天山至阿尔泰之间并一直向东延伸到中蒙边境的广大内陆较低海拔地区的年降水量减少,而帕米尔高原、天山、祁曼塔格山和祁连山等地形隆升区降水增多。由于大尺度大气环流及局地盛行风向随季节的变化,不同山地隆升对降水的影响随季节而变化。例如,祁连山隆升引起的年降水量增多主要取决于夏半年山地北侧偏北风及其强迫抬升的增强,而帕米尔高原抬升带来的年降水量主要取决于冬半年西风环流在高原西侧的强迫抬升。正是由于盛行气流在不同地区和不同季节的变化,造成局地地形隆升对降水影响的时空差异。

此外,他们通过对历史文献的考证和现代实地状况对比,获得了对库布齐沙漠近3000年以来环境演变与人类活动相互作用关系的初步认识。他们认为该沙漠景观除了受自然因素影响,还与该地区人类活动历史密切相关,分布于沙漠腹地的汉唐时期的多个古城是该区环境变化的佐证。该区丰富的沙源、强劲的风力及人类活动共同促成了该沙漠景观的形成。

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该研究成果近期发表在国际地学期刊《地形学》(Geomorphology)上(Yang et
al. Initial insights into the age and origin of the Kubuqi sand sea of
northern China. Geomorphology
皇家赌场68399,, 2016, 259: 30-39)。

图1
青藏高原北部地形降低及现代地形试验模拟的祁连山所在的经度带平均夏半年降水经向分布和风场经向垂直剖面及帕米尔所在的纬度带平均冬半年降水纬向分布和风场纬向垂直剖面。图中黄色阴影区表示地形高度

原文链接

在高原隆起后上新世塔克拉玛干等亚洲内陆沙漠的出现会导致大气稳定度增加从而使沙漠区降水进一步减少。就塔克拉玛干沙区或我国西北东部-内蒙沙区中新世以来区域平均的年降水变化而言,青藏高原北部地形隆升的贡献约占40%,而沙漠下垫面出现的贡献约占60%。在青藏高原北部地形由低到高、高原北侧及西北侧内陆沙漠从无到有的发展过程中,模拟的亚洲内陆大部分地区大气中年平均沙尘含量及沉降通量不断增加。已发表的亚洲中部地区11个地点能够反映中新世至上新世干-湿气候变化的孢粉、同位素或磁化率等地质气候记录与模拟的降水趋势变化特征完全吻合,由此说明青藏高原北部地形隆升及亚洲内陆沙漠形成在中新世以来区域气候长期演变中具有重要的控制作用。

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该项研究成果发表在Quaternary Science Reviews(Liu XD et al., 2015,
Impacts of uplift of northern Tibetan Plateau and formation of Asian
inland deserts on regional climate and environment, Quaternary
Science Reviews
, 116, 1−14, doi:10.1016/j.quascirev.2015.03.010)

图1
库布齐沙漠自然地理位置、周边气象站风况与输沙势以及剖面和表沙采样点分布

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图2 典型风沙-古土壤地层剖面光释光年龄及古环境代用指标变化特征

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