Barchan dune dynamics in the sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00124

Journal of Desert Research ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (2): 78-89.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00124

Previous Articles Next Articles

Barchan dune dynamics in the sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert

Youhan Wu¹(), Jie Yin², Zifeng Wu¹, Eerdun Hasi¹()

^1.School of Natural Resources，Faculty of Geographical Science，Beijing Normal University，Beijing 100875，China
^2.Institute of Ecological Conservation and Restoration，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China

Received:2023-07-12 Revised:2023-09-17 Online:2024-03-20 Published:2024-03-19
Contact: Eerdun Hasi

Abstract

Abstract:

The sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert consists of undulating high plains and piedmont banded mobile sands. Using multi-period high-resolution remote sensing images， the monitoring of the barchan dune in the sand belt was carried out. We selected piedmont zone， main body， north and south sides of the high plains as four typical sample areas of the belt. By extracting and calculating the dune parameters， we analyzed and explored the spatio-temporal variations of dune movement， morphology， sand transport fluxes， and their influencing factors. The results showed that the dune movement and morphology in the belt represented different spatio-temporal changes during 2003-2020 due to the differences in topography， wind regime and dune scale. The specific results are as follows：（1） The dune movement rate ranged from 2.09 m·a^-1 to 40.93 m·a^-1， with an average of 12.89 m·a^-1. The down slope-moving dunes in the piedmont sand belt have moved faster than those in the high plains. The dune movement rate tended to decrease in the high plains sand belt， and tended to increase in the piedmont belt， with the change of the resultant drift potential （RDP）. （2） The dune movement direction was 102°-152°， with an average of 126°， and controlled by the change of strength of prevailing wind direction. In the high plains sand belt， the belt shifted to the north and to the south in the piedmont， but both are inconsistent with the resultant sand transport direction. （3） In the process of dune movement， the length of the windward slope tended to increase， the height tended to decrease， and the alternating effect of the primary wind （W） and the secondary wind （NW） makes the southern flank elongation. （4） In the past 20 years， the low dunes have a sand material loss， and the relatively tall dunes have a sand material balance. （5） Considering the width and the dune density of the sand belt， the sand flux of the belt was calculated as 117 t·m^-1·a^-1， and it is estimated that the Badain Jaran Desert has contributed at least 5.5×10⁵ t sand to the Ulan Buh Desert every year.

Key words: dune dynamics, sand transport flux, barchan dune, Badain Jaran Desert, Ulan Buh Desert

CLC Number:

P931.3

Youhan Wu, Jie Yin, Zifeng Wu, Eerdun Hasi. Barchan dune dynamics in the sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(2): 78-89.

Figures/Tables 13

References 48

1	邹桂香，高宏智，边庆策，等.沙丘移动速度的观测与计算［J］.干旱区资源与环境，1988，2（3）：38-44.
2	Livingstone I， Warren A.Aeolian Geomorphology：An Introduction［M］.Singapore：Longman，1996：211.
3	吴正.塔克拉玛干沙漠成因的探讨［J］.地理学报，1981，36（3）：280-291.
4	黄鹏展，赵建平.沙丘移动的研究现状与未来研究思路［J］.沙漠与绿洲气象，2010，4（1）：1-5.
5	王宁波，李生宇，王海峰，等.塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘形态的空间变化特征及其成因［J］.干旱区地理，2014，37（1）：89-96.
6	许明静.毛乌素沙地西北部沙丘移动和形态演变特征研究［D］.西安：陕西师范大学，2021.
7	常兆丰，张剑挥，王强强，等.新月形沙丘及新月形沙丘链存在的环境条件：以甘肃河西沙区为例［J］.干旱区资源与环境，2016，30（11）：167-173.
8	Hunter R E， Richmond B M， Alpha T R.Storm-control ledoblique dunes of the Oregon coast［J］.Geological Society of America Bulletin，1983，94（12）：1450.
9	石学刚，刘世增，常兆丰.新月形沙丘的移动规律及其影响因子：以甘肃河西沙区为例［J］.世界生态学，2017，6（2）：93-102.
10	杨军怀，董治宝，刘铮瑶，等.库鲁克沙漠风沙地貌与沙丘移动［J］.中国沙漠，2019，39（4）：1-8.
11	刘宇胜.阿拉善北部戈壁地区新月形沙丘移动规律研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2018.
12	宁文晓，王振亭.巴丹吉林沙漠东南部典型高大沙丘形态参数分析［J］.福建农林大学学报（自然科学版），2018，47（6）：755-763.
13	李爱敏，韩致文.新月形沙丘形态参数与移动速度的关系［J］.中国沙漠，2020，40（1）：29-40.
14	石学刚.民勤绿洲边缘新月形沙丘移动规律与环境因子的关系研究［D］.兰州：甘肃农业大学，2017.
15	王静璞，王光镇，韩柳，等.毛乌素沙地不同固沙措施下沙丘的移动特征［J］.甘肃农业大学学报，2017，52（2）：54-60.
16	董玉祥，黄德全.河北昌黎翡翠岛海岸沙丘移动的初步观测［J］.中国沙漠，2013，33（2）：486-492.
17	郭建英，董智，李锦荣，等.黄河乌兰布和沙漠段沿岸沙丘形态及其运移特征［J］.水土保持研究，2016，23（6）：40-44.
18	Kilibarda Z， Kilibarda V.Seasonal geomorphic processes and rates of sand movement at Mount Baldy dune in Indiana，USA［J］.Aeolian Research，2016，23：103-114.
19	Dong Z， Wang X， Chen G.Monitoring sand dune advance in the Taklimakan Desert［J］.Geomorphology，2000，35（3/4）：219-231.
20	胡晓刚，王苗苗，刘勇.基于多源高分辨率遥感影像的腾格里沙漠沙丘移动分析［J］.中国科技博览，2016（2）：337.
21	Kilibarda Z， Shillinglaw C.A 70 year history of coastal dune migration and beach erosion along the southern shore of Lake Michigan［J］.Aeolian Research，2014，17（12）：263-273.
22	Yao Z Y， Ta W Q， Jia X P，et al.Bank erosion and accretion along the Ningxia-Inner Mongolia reaches of the Yellow River from 1958 to 2008［J］.Geomorphology，2011，127（1/2）：99-106.
23	刘羽，王秀红，张雪芹，等.巴丹吉林-腾格里沙漠间沙丘活化带发展过程及其驱动力分析［J］.干旱区研究，2011，28（6）：957-966.
24	张云枫，马义娟，苏志珠，等.巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律［J］.中国沙漠，2022，42（5）：82-91.
25	张稼乐，裴浩，苗百岭，等.巴丹吉林沙漠与亚玛雷克沙漠之间连接带的动态研究［J］.内蒙古气象，2021（4）：22-29.
26	Dong Z B， Qian G Q， Lv P，et al.Investigation of the sand sea with the tallest dunes on Earth：China's Badain Jaran Sand Sea［J］.Earth-Science Reviews，2013，120：20-39.
27	哈斯，董光荣，王贵勇.腾格里沙漠东南缘格状沙丘的形态动力学研究［J］.中国科学D辑：地球科学，1999（5）：466-471.
28	Yang Y Y， Qu Z Q， Shi P J，et al.Wind regime and sand transport in the corridor between the Badain Jaran and Tengger Deserts，central Alxa Plateau，China［J］.Aeolian Research，2014，12：143-156.
29	张诚.阿拉善沙漠风积砂重矿物组成及物源分析［D］.兰州：兰州大学，2020.
30	刘婵，赵文智，刘冰，等.基于无人机和MODIS数据的巴丹吉林沙漠植被分布特征与动态变化研究［J］.中国沙漠，2019，39（4）：92-102.
31	李建军，焦菊英，曹雪，等.柴达木盆地沙丘移动的空间分异及对形态参数的响应［J］.农业工程学报，2021，37（7）：309-314.
32	王静璞，刘连友，沈玲玲.基于Google Earth的毛乌素沙地新月形沙丘移动规律研究［J］.遥感技术与应用，2013，28（6）：1094-1100.
33	刘佳，王利民，滕飞，等.Google Earth影像辅助的农作物面积地面样方调查［J］.农业工程学报，2015，31（24）：149-154.
34	Lancaster N.Geomorphology of Desert Dunes［M］.London，UK：Taylor & Francis e-Library，2005.
35	Katsuki A， Kikuchi M.Simulation of barchan dynamics with inter-dune sand streams［J］.New Journal of Physics，2011，13（6）：63049.
36	刘建宝，王乃昂，程弘毅，等.沙丘沙休止角影响因素实验研究［J］.中国沙漠，2010，30（4）：758-762.
37	Yang J H， Dong Z B， Liu Z Y，et al.Migration of barchan dunes in the western Quruq Desert，northwestern China［J］.Earth Surface Processes and Land forms，2019，44（10）：2016-2029.
38	贾光普.阿拉善戈壁地区新月形沙丘形态特征与动态演变过程研究［D］.呼和浩特：内蒙古农业大学，2022.
39	邹桐，杨转玲，韦锦芝，等.柴达木盆地西南缘新月形沙丘移动特征及其影响因素［J］.中国沙漠，2023，43（1）：212-221.
40	Laity J.Deserts and Desert Environments［M］.Hoboken，USA：John Wiley & Sons，2008.
41	朱震达，陈治平，吴正，等.塔克拉玛干沙漠风沙地貌研究［M］.北京：科学出版社，1981：27-80.
42	杨军怀.塔克拉玛干沙漠沙丘移动研究［D］.西安：陕西师范大学，2020.
43	White B R， Tsoar H.Slop effect on saltation over a climbing dune［J］.Geomorphology，1998，22（2）：159-180.
44	Tsoar H， White B R.The effect of slopes on sand transport-numerical modeling［J］.Landscape and Urban Planning，1996，34（3/4）：171-181.
45	Nickling W G， Mckenna N C， Lancaster N.Grainfall processes in the lee of transverse dunes，Silver Peak，Nevada［J］.Sedimentology，2002，49（1）：191-209.
46	哈斯.腾格里沙漠东南缘沙丘表面风沙流结构变异的初步研究［J］.科学通报，2004，49（11）：1099-1104.
47	Tsoar H.The formation of seif dunes from barchans-a discussion［J］.Zeitschrift fur Geomorphologie，1984，28（1）：99-103.
48	闫德仁，姚洪林，李纯英.巴音温都尔沙漠考察报告［J］.内蒙古林业科技，2017，43（2）：49-51.

典型沙丘区域	影像日期（年-月-日）	分辨率/m
高平原输沙带北侧	2010-07-19	0.45
	2013-12-21
	2019-11-30
高平原输沙带南侧	2010-10-12	0.45
	2013-12-21
	2019-11-30
高平原输沙带主体	2003-09-28	0.45
	2010-10-12
	2013-12-21
	2020-01-09
山麓输沙带	2010-10-01	0.46
	2013-07-21
	2020-10-29

典型沙丘区域	影像日期（年-月-日）	分辨率/m
高平原输沙带北侧	2010-07-19	0.45
	2013-12-21
	2019-11-30
高平原输沙带南侧	2010-10-12	0.45
	2013-12-21
	2019-11-30
高平原输沙带主体	2003-09-28	0.45
	2010-10-12
	2013-12-21
	2020-01-09
山麓输沙带	2010-10-01	0.46
	2013-07-21
	2020-10-29

参数名称	参数意义
长度（L）	迎风坡基部与较长翼角间垂直于宽度连线的水平距离
迎风坡长度（La）	迎风坡基部到丘顶的水平距离
宽度（W）	两翼最远弧段切线的水平距离
高度（H）	沙丘最低轮廓面至丘顶的垂直距离
周长（C）	沙丘最低轮廓线总长度
底面积（S）	沙丘最低轮廓面面积

参数名称	参数意义
长度（L）	迎风坡基部与较长翼角间垂直于宽度连线的水平距离
迎风坡长度（La）	迎风坡基部到丘顶的水平距离
宽度（W）	两翼最远弧段切线的水平距离
高度（H）	沙丘最低轮廓面至丘顶的垂直距离
周长（C）	沙丘最低轮廓线总长度
底面积（S）	沙丘最低轮廓面面积

参数			高平原输沙带北侧（26个）		高平原输沙带南侧（26个）		高平原输沙带主体（33个）			山麓输沙带（27个）
参数			2010—2013年	2013—2020年	2010—2013年	2013—2020年	2003—2010年	2010—2013年	2013—2020年	2010—2013年	2013—2020年
速率 /(m·a^-1)	丘顶	范围	6.42~18.13	5.67~11.99	9.83~27.85	6.44~15.05	2.96~23.53	2.26~26.82	2.02~18.44	7.79~40.79	3.07~44.22
	丘顶	均值	11.89	8.36	15.91	10.99	9.01	9.64	5.53	20.73	22.43
	迎风坡	范围	5.52~17.58	5.80~13.12	6.48~27.22	6.54~17.82	2.44~20.21	2.69~27.24	1.77~17.01	3.93~41.25	5.46~44.95
	迎风坡	均值	10.58	8.63	15.89	10.99	8.46	7.81	5.50	18.58	21.91
	背风坡	范围	5.98~18.08	4.45~11.93	8.88~29.31	6.59~15.12	4.82~24.18	3.13~24.80	2.37~17.78	4.65~40.21	4.34~44.50
	背风坡	均值	10.11	8.25	14.99	10.85	8.57	8.20	5.75	19.91	21.88
	北翼	范围	5.65~20.67	4.22~13.14	7.23~30.59	2.89~19.78	4.32~25.00	3.09~26.51	2.00~16.94	5.51~41.31	10.30~44.69
	北翼	均值	11.74	7.69	15.00	10.86	10.30	10.19	6.33	20.39	22.98
	南翼	范围	5.80~22.71	5.59~13.43	9.86~26.75	4.86~21.27	4.57~24.35	4.05~25.81	1.93~17.42	7.73~42.39	9.01~43.81
	南翼	均值	12.11	9.13	17.32	11.89	10.01	11.43	7.12	23.53	21.75
	平均		11.29	8.41	15.82	11.12	9.27	9.45	6.05	20.63	22.19
方向 /（°）	丘顶	范围	104~136	110~143	105~137	99~124	96~128	112~144	94~139	113~158	129~160
	丘顶	均值	118	121	118	112	111	125	111	140	147
	迎风坡	范围	106~129	104~129	105~126	97~124	98~138	96~141	97~131	103~153	127~152
	迎风坡	均值	117	116	115	108	112	116	113	138	143
	背风坡	范围	102~144	103~143	103~130	99~118	101~127	98~150	99~138	130~157	134~153
	背风坡	均值	119	125	117	110	113	124	113	144	146
	北翼	范围	110~146	109~139	107~153	99~127	98~139	96~141	93~139	126~156	125~158
	北翼	均值	125	122	122	108	112	116	111	144	142
	南翼	范围	107~139	104~142	99~128	100~131	99~125	99~153	98~142	109~153	127~164
	南翼	均值	125	119	115	111	110	120	114	138	148
	平均		121	120	117	110	112	120	112	141	145

Barchan dune dynamics in the sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert

RichHTML

PDF

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 13

References 48

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments

形态参数		高平原输沙带北侧（26个）			高平原输沙带南侧（26个）			高平原输沙带主体（33个）				山麓输沙带（27个）
形态参数		2010年	2013年	2019年	2010年	2013年	2019年	2003年	2010年	2013年	2020年	2010年	2013年	2020年
长度/m	范围	80.70~ 202.52	84.68~ 216.38	83.65~ 229.35	56.01~ 239.00	64.45~235.20	64.06~ 232.18	75.24~ 944.82	65.83~ 930.82	62.69~ 978.76	60.84~ 1 037.29	79.13~ 346.78	75.93~ 379.25	62.52~ 440.69
长度/m	均值	134.30	139.13	138.35	107.91	112.73	121.22	351.15	363.04	372.85	392.42	154.16	162.04	166.11
迎风坡长/m	范围	40.22~ 104.08	30.42~ 106.89	37.72~ 133.72	24.42~ 89.53	35.18~118.53	35.14~ 151.02	32.65~ 448.07	20.82~ 392.12	14.57~ 380.61	43.95~ 417.08	41.94~ 221.62	44.97~ 220.14	41.96~ 287.38
迎风坡长/m	均值	63.61	68.76	73.83	51.04	53.95	64.17	181.60	181.65	187.48	197.98	88.80	102.10	101.51
宽度/m	范围	76.07~ 269.01	79.55~ 279.72	74.25~ 282.59	60.03~ 212.21	62.46~181.98	59.54~ 185.01	60.50~ 607.92	70.44~ 697.76	70.25~ 688.30	51.39~ 685.67	68.20~ 575.50	66.14~ 585.37	63.45~ 579.09
宽度/m	均值	172.80	173.13	169.67	120.07	110.60	112.62	361.15	360.24	363.57	371.49	184.08	181.15	188.03
高度/m	范围	3.83~ 15.85	5.37~ 14.19	4.54~ 12.50	3.19~ 14.31	3.39~ 11.89	3.19~ 11.85	4.30~ 39.69	3.49~ 30.98	4.00~ 30.02	2.23~ 32.99	4.28~ 31.95	3.54~ 32.72	2.79~ 34.24
高度/m	均值	11.99	9.62	7.99	8.71	7.53	7.18	22.94	20.86	18.50	19.63	11.59	10.36	10.51
周长/m	范围	314.36~ 846.93	328.13~ 880.22	337.10~ 874.95	213.47~ 682.44	229.63~715.64	207.10~ 685.58	222.06~ 2 750.45	231.93~ 2 790.24	227.64~ 2 888.7	197.28~ 3 118.51	269.11~ 1 584.36	249.49~ 1 641.55	246.39~ 1 651.12
周长/m	均值	549.21	560.70	553.44	408.63	403.92	417.57	1 261.65	1 299.11	1 334.37	1 393.03	584.38	601.47	618.17
面积/km²	范围	4.20~ 18.21	4.15~ 19.34	3.76~ 19.47	2.55~ 16.51	2.47~ 16.39	2.36~ 15.53	3.07~ 218.14	2.54~ 196.78	2.34~ 212.54	2.14~ 204.38	3.73~ 104.11	3.50~ 106.40	3.64~ 115.72
面积/km²	均值	12.08	12.09	11.78	7.57	7.11	7.19	69.71	69.17	71.11	75.25	20.67	21.51	22.40

区域		不考虑沙丘密度输沙通量/（t·m^-1·a^-1）				考虑沙丘密度输沙通量/（t·m^-1·a^-1）
区域		2003—2010年	2010—2013年	2013—2020年	平均	2003—2010年	2010—2013年	2013—2020年	平均
高平原输沙带	北侧		343.36	205.27	274.32		112.73	67.40	89.98
	南侧		342.05	207.93	274.99		125.13	76.06	100.65
	主体	494.58	470.41	221.84	395.61	260.93	219.64	103.58	180.77
山麓输沙带			528.85	427.90	478.38		105.15	85.08	95.20

[1]	Aimin Li, Peichen Zhao, Zhiwen Han. The moving trajectory fitting based on three-dimensional digital model of barchan dunes [J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(2): 48-56.
[2]	Xin Zhang, Zhibao Dong, Weige Nan, Guoxiang Chen, Weikang Shi, Xiaozhi Wang, Chong Gao. Causes of seasonal change of lake color in the Badain Jaran Desert [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(6): 89-97.
[3]	Yongshan Li, Xiaopeng Jia, Haibing Wang, Jian Wang, Qimin Ma. Talweg lateral shift characteristics in the Ulan Buh Desert Reach of the Yellow River from 1966 to 2019 [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(5): 59-65.
[4]	Kaiyuan Gan, Jinxia Zhang, Lijuan Chen, Haiyang Xi, Binwu Zhang, Tian Yong, Yuxi Wei. Characteristics and spatial differentiation of plant communities along the Yellow River in the Ulan Buh Desert [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(4): 180-190.
[5]	Linyan Luo, Xin Gao, Yongcheng Zhao. The surface flow pattern characteristics of barchan dunes [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(4): 41-54.
[6]	Yadong Jiang, Shijie Lv, Hongmei Liu, Narenhua, Xinyu Liu. Analysis of quantitative characteristics and spatial distribution for main shrubs on the eastern edge of the Badain Jaran Desert [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(3): 295-304.
[7]	Yuting Xiao, Guoming Zhang, Chang Hong, Lianyou Liu, Yanyan Yang, Yu Gu, Yong Liu, Mingzhu Xiang, Shufeng Qu, Xuran Sun. Sand-dust horizontal flux of different surfaces in the western margin of Badain Jaran Desert [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(2): 104-113.
[8]	Jingyun Li, Tianyang Fu, Yulong Shen, Lihui Wang, Yongqiu Wu. Grain-size characteristics of surface sediments of barchan and parabolic dunes in the Mu Us Desert [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(2): 226-232.
[9]	Tong Zou, Zhuanling Yang, Jinzhi Wei, Yingying Liao, Xuegang Xing, Guangqiang Qian, Xiaolei Liang. Migration and influencing factors of barchan dunes in southwestern Qaidam Basin， China [J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(1): 212-221.
[10]	Xing Li, Yuan Ma, Xing Li, Junliang Gao, Zhiming Xin, Qi Lu. Plant community heterogeneity and its influencing factors in the Ulan Buh Desert [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(5): 187-194.
[11]	Yali Liu, Jianhua Bai, Wei Xiong, Yuqing Han, Honglin Lian, Hao Guo, Zhiming Xin, Xiangjie Liu, Huaiyuan Liu. The characteristics of branch nocturnal sap flow and its environmental driving mechanism of Haloxylon ammodendron artificial shrub in the Ulan Buh Desert [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(5): 195-203.
[12]	Meng Wang, Junfeng Lu, Peng Fu, Zhibao Dong. Characteristics of soil nutrients and grain size around Badain Jaran Desert [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(5): 232-244.
[13]	Yunfeng Zhang, Yijuan Ma, Zhizhu Su, Aimin Liang, Xin Zhang, Yingying Cui. Dune movement in the joint zone of the Badain Jaran Desert and Tengger Desert [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(5): 82-91.
[14]	Xuewei Guan, Caiyi Yang, Guangming Liu, Ji Wang, Meng Xiao, Yanlong Ding, Jinlin Chen. Sand blocking effect and grain size characteristics of Jilantai Salt Lake protection system [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(4): 50-59.
[15]	Heng Ren, Wenzhi Zhao, Zhitao Wang, Jiang Zhao. Spatial pattern of Psammochloa villosa population in patch landscape in dune habitat [J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(4): 89-98.