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分析纳米布沙漠和卡拉哈里沙漠成因的异同

ruikai299 2016-04-30 02:49:18 535  浏览
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  • 疯狂的唐伯虎i 2016-05-01 00:00:00
    亦译喀拉哈里沙漠,亦称喀拉哈里盆地.   非洲南部内陆干燥区.也称“卡拉哈里(Kalahari)盆地”,是非洲中南部的主要地形区.总面积约63万平方公里.   是非洲南部内地高原的一个大而如盆地般的平原.它几乎占据了波札那全部、那米比亚东部的1/3以及南非开普省极北的部分.在西南部与那米比即那米比亚的海滨沙漠混为一体.喀拉哈里沙漠南北Z长处约1,600公里(1,000哩),东西Z大距离为960公里(600哩)左右,其面积估计有930,000平方公里(360,000平方哩).   北临恩加米湖,南界奥兰治河(Orange River),东起东经26°左右,西迄大西洋沿岸附近.主要在博茨瓦纳、纳米比亚境内,部分属于安哥拉及南非共和国.   地貌上属非洲地台上的凹陷盆地,海拔700-1,000米,四周被高1,500米的山地和高地环绕.盆地内地势起伏不大,偶有孤立岛山出现.地面多干沟和细沙.卡拉哈里盆地内有卡拉哈里沙丘,为全世界面积Z大的沙丘区.   盆地的边缘有河川穿越,其起迄点均在盆地之外:东北部有宽多河(Kwando R.)及赞比西河(Zambezi R.)的上游;西北部有库内列河(Cunene R.)以及盘踞南部低洼山谷的奥兰治河(Orange R.).   南非地貌 盆地内有三个主要流域:奥科万戈(Okovango)系统从多雨的北部进入盆地,形成16835平方公里的细长沼泽带.1849年利文斯通曾发现奥科万戈河注入那米湖(Ngami L.),现在虽已干涸了数十年,但地图上仍有.有时多余的水会流进马卡迪卡迪洼地.西北部较小的流域称为依托沙洼地(Etosha Pan).南部有木罗坡-诺索布(Molopo-Nossob)系统,曾经流至奥兰治河.低洼地形成的泥泞地区很多.这些“盐地”会积聚雨水形成一个暂时性湖泊,直到蒸发乾涸为止.   卡拉哈里沙漠和撒哈拉沙漠中部纬度相当(仅南纬与北纬之差),气候相似,同样也受副热带高气压系统的影响,地面终年干燥,年降水量125-250mm.   但它的气候植被与撒哈拉沙漠又不完全相同,因降水稍多而有一定植被覆盖.气候和植被自西南向东北变化.西部为沙漠,高达100米的沙丘上生长着肉质植物与灌木.北与东北部降雨较多,为热带干草原与热带稀树草原.在短暂的雨季中,植物繁盛,地面覆盖着丰富的草场,还有一片浓密的矮树丛和高大的树林.多羚羊和其他热带动物.但是一年中的大部分时间沙漠中均缺水,纵横沙漠的众多河流的河床都是干涸的,土地干燥是在这个地区进行探测的真正障碍.   巴卡拉哈里人和布须曼人(Bushman)住在这块资源匮乏的土地(这里富金刚石、铜、铅、锌、镍、钒等矿藏,但目前很少开发利用)上,多从事畜牧业,有的兼营狩猎.除了喀拉哈里的边缘地带,很少有经济发展.举例言之,奥科万戈三角洲曾有一项庞大的灌溉计划,结果却毫无下文.今天的卡拉哈里仍然干涸缺水,布尔人的移民先驱于十九世纪末企图横越此地时,称此处为“干旱之地”(Thirstland).   卡拉哈里向西延展为多雾的海岸带沙漠,名为纳米布沙漠,和的阿塔卡马沙漠非常相似.   自然特征   (1)自然地理和地质情况.喀拉哈里沙漠地表起伏不大,遍地是沙的平原,到处海拔都在900公尺(3,000呎)以上.基岩只裸露在低而直立如墙的小山群中,它们为数不多但很显眼地出现在一般地面上.除了这种小山群外,3种地表含盖了所有喀拉哈里沙漠的特征∶小沙原、纵向沙丘和浅水湖(洼地).沙的深度一般都超过60公尺(200呎).在许多地区,沙是红的,这是一薄层氧化铁覆盖在沙粒上的结果.   南非喀拉哈里大羚羊国家公园里的跳羚 喀拉哈里沙漠的整个西部以长长的沙丘链为其特色,其大致呈北或西北走向.沙丘至少长1.6公里(1哩),宽约数百公尺,高达6∼60公尺(20∼200呎).每一个沙丘同其邻丘都由一个宽而平行的凹坑分隔开来,凹坑被当地人称为「街」或「小路」,因为每一个凹坑都便於人行进.   浅水湖或洼地是沙漠水系的Z大特色,是极短溪流终点的「乾湖」.从来没有水从喀拉哈里沙漠流入海洋,而是每条溪流将其流程结束在略低的凹坑里,这里是没有出口的.当小溪乾涸时,由缓慢溪水带来的细小淤沙粒子与可溶钙矿物和由蒸发水所凝结的盐一起沉淀了下来.其结果是这些地面没有植被,乾的时候呈闪闪发光的白色,可溶矿物的胶合活动使其变硬,有时则被浅浅一片不流动的水所覆盖.在含盐成分低的地方,下过雨后,洼地可能会覆满青草.   (2)水系.在喀拉哈里沙漠南部和中部,地面水只有在广为分布的小水坑里才有,没地面水系.几乎所有的雨一降下来就消失在深沙里.在喀拉哈里沙漠的南部和中部某些处找到了大量的古代水系——有些就在地面上,有些则透过空中摄影才探得.即使在一年中雨量Z多之时,这些水系今日都不再运转.   喀拉哈里沙漠北部有一个很不寻常的水系.夏日大雨滂沱落在远在喀拉哈里西北部的安哥拉中部高地上.大量的径流水流入若干向南流的小溪中,这些小溪汇合起来形成奥卡万戈和宽多(Cuando或Kwando)河.奥卡万戈河向东南流入喀拉哈里沙漠Z北部的部分,Z后分散为若干分流水道流入波札那北部的广阔的沼泽地.在安哥拉,经过一个不正常的湿润降雨季节,过多的水流入沼泽地并溢出流入远在南部的恩加米湖(Lake Ngami),然后向东流通过博泰蒂(Boteti)河注入骚湖(Lake Xau)和马卡迪卡迪(Makgadikgadi)盐沼.同样,宽多河从安哥拉向南流,部分注入一个沼泽的东北部延伸部分.因而在一个长期缺水的区域却创造出广阔区域水过剩的现象.   (3)土壤.喀拉哈里沙漠的土壤大多以沙为基础,色红,有机物含量低.从化学方面看,它们相对呈碱性,极为干燥.在盐沼地或附近,土壤趋向於含钙或含盐,对多数植被有毒性.   (4)气候.潮湿气团来自印度洋,东北部水量Z大(年平均超过500公厘〔20吋〕),西南部则有所下降(在喀拉哈里南边缘不足130公厘〔5吋〕).但是降水量变化极大.多数降雨发生在夏日雷电交加之时,各处每年都有极大变化.冬季特别干燥,湿度极低,有6∼8个月完全无雨.   日、季气温变化范围极广且规律.夏日荫凉处气温仍达43∼46℃(110∼115℉),但同一天晚上可降至21∼27℃(70∼80℉);冬季晚上的气温一般均降至冰点甚至可低到-12℃(10℉).   (5)植物.由於深深一层沙覆盖在大部分土地上,极大地影响了那里植被的生长.浅根植物不能在一个多年生的基础上存活,虽然一年生植物在一场好雨之后生长得非常快,可以播下种子支持到下一个好雨季节.凡根深到能触到性湿润沙那一层的树能很好地生长.

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SPECIM IQ揭示进化的秘密—利用手持高光谱在非洲沙漠研

    非洲Z南端的沙漠和半沙漠是荒凉的地方,气候干旱,降雨量少,气温极高。 但这里是世界上Z奇怪的植物—石头花的产地。同时也是芬兰生物学家University of Eastern Finland Tommi Nyman博士和挪威NIBIO Svanhovd以及南非University of Stellenbosch的植物生态学家Allan Ellis教授从进化论角度研究植物的地方。

石头花的伪装

    在恶劣的环境中,所有植物都需要某种伪装以免受动物的侵害。石头花十分擅长伪装:身体大部分埋在土壤中,只将它多汁的叶子平顶突出到土壤表面,这使得石头花很难被发现。但是由于在南非、纳米比亚和博茨瓦纳的土壤性质差异很大,土壤中的砾石可以是棕色、灰色、黄色、红色或几乎是白色,粒径也可以从细砂到大卵石。随着时间的推移,一些石头花的后代会发现自己得颜色相对应周围的环境十分显眼,处于一个十分容易被天敌发现的环境中。

图1 石头花的生长环境

寻找一个准确的颜色测量工具

    研究者们提到:“在石头花的研究过程中,由于石头花和环境的颜色十分接近,必须寻找一个工具尽可能准确和客观地测量颜色,这也就是我们选择高光谱成像技术的出发点。”

    高光谱相机非常适合颜色测量,因为它比RGB相机更准确,而且不像主观的目视检查,可以定义目标的颜色,例如在实验室颜色空间中,精度可达∆E<1;与另一个目标的颜色对比,相对精度∆E=0.2。这比人类对颜色的感知(∆E=1)要好,而且明显优于只能达到∆E=8-10的RGB相机。

图2 Specim IQ测试图

 Why Specim IQ?

    当确定了利用高光谱成像技术进行研究后,下一步就是找到一个可以在南非沙漠的极端条件下工作的高光谱相机。由于恶劣的环境条件,南非研究地点多是距离长,道路崎岖不平的地方,天气条件极其恶劣,并且到处都是灰尘,光线刺眼变化很快,需要一个紧凑耐用,可以适应这些恶劣条件的高质量快速相机。当Tommi Nyman博士了解到Specim IQ时,说:“这里的地形很崎岖,所以你不想随身携带非常大和沉重的设备,Specim IQ体积小,移动方便,便于运输和现场使用,而且它非常适合进行我们想要的测量。”

图3 Specim IQ现场测试图

    Specim IQ的电池寿命也被认为是一个很大的优势,因为他们的团队有时需要在野外露营了3-4个晚上,才能得到储备和充电的机会。Nyman博士说:“在野外,你需要一整天只使用一个电池的高光谱相机。”

   Specim IQ相机成像速度也很快,这在恶劣和快速变化的光线条件下是必不可少的。非洲的光线很刺眼,白天太阳直射,阴影是尖锐而深邃的。当云层遮住太阳时,光照条件会在短时间内发生剧烈变化。因此,在特定的光照条件下,设置好曝光时间,以便在下一个云出现并完全改变光照条件之前完成数据的快速采集。

图4 Dr. Tommi Nyman

The future?

    目前,所有关于石头花项目需要的数据都已经采集完成,并且石头花项目团队正在进行进行数据分析,日后也会将研究成果分享给大家。

    高光谱成像在生态学研究方面还有很多潜在应用。这是一个广泛的研究领域,有许多与石头花研究问题类似的研究方向。便于运输和现场使用的高光谱设备为生态领域的研究提供了一个新的机遇。

小百科

    石头花:石头花又名生石花、象蹄、元宝等,是世界的多年生小型多肉植物。茎很短,常常看不见。叶肉质肥厚,两片对生联结而成为倒圆锥体,有“鞍”、“球”、“足袋”等形状,叶顶部花纹形如树枝,色彩美丽。生石花品种较多,各具特色。其外型和颜色酷似彩色卵石,故人称为“活石子”或“卵石植物”。更为有趣的是其叶片的颜色会与周围的土壤颜色相仿,来保护自己。多年生肉质植物。高2-3cm,球体卵圆形,球状叶淡灰棕色,顶面树枝状凹纹,棕色,半透明。茎较短,植株是由2片对生的肉质叶联结而成的圆锥体。花金黄色。


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