作为干旱区常见的地貌景观，沙丘移动规律反映了区域风沙活动的强弱程度，是风沙地貌研究的基本内容之一^［1］。在众多沙丘类型中，新月形沙丘因其相对简单的形态和广泛的分布而得到较多的关注^［2-4］。新月形沙丘的移动方向可代表地表沉积物的输移方向，移动速率可反映输沙量^［5］，形态变化则可以指示沙丘的形成过程以及区域风况和输沙强度状况变化^［6］。因此，对新月形沙丘移动规律的研究可以反映沙丘本身的形成演化过程，也可以揭示其环境控制因素。

巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠分别是中国面积第二、第三大流动性沙漠，对二者的风沙地貌研究已经取得了丰硕的成果^［7-8］。从遥感影像上看，两大沙漠被一条狭长的新月形沙丘带相连，呈现出自西北向东南的输沙趋势（图1），但对沙漠连接带区域风沙地貌发育的了解程度远不如其东西两端的沙漠。Yang等^［9］的研究表明，该沙漠连接带盛行风向主要为NW、WNW和NNW，年输沙通量可达372 t·m^-1，表明巴丹吉林沙漠通过这一沙带向腾格里沙漠输送了大量沙物质。张诚^［10］通过阿拉善沙漠地区ZTR指数（矿物成熟度指标）由西北向东南递增的规律佐证了这一物源供应关系。因此，该区域是沙物质从巴丹吉林沙漠向腾格里沙漠搬运的重要输沙通道，这一输沙过程体现在沙丘移动上。然而，目前对该区域的沙丘移动规律知之甚少。

沙丘移动的研究方法主要包括野外地形测量和遥感影像对比^［11］，但由于风沙地貌空间范围分布较大，沙漠地区环境恶劣，导致难以进行长期的野外观测和地形测量^［12］。近年来，高分辨率影像为获取沙丘移动参数以及沙丘形态特征提供了可靠的资料，并在塔克拉玛干沙漠^［13］开展了应用研究。基于此，本文借助Google Earth高分辨率历史卫星影像，对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠交界处新月形沙丘连接带进行了动态监测，分析了沙丘移动速率和形态变化，旨在揭示控制该区域沙丘移动的环境因素，以期为沙漠连接带的输沙量估算研究提供科学支撑。

研究区地处阿拉善高原雅布赖山与阿拉腾山交界地带，是巴丹吉林沙漠向腾格里沙漠延伸的过渡区域，呈现出两大沙漠“握手”的姿态（图1）。气候属温带大陆性干燥气候，年降水量50—200 mm，并呈现上升的趋势^［14-15］。地势由西北向东南逐渐降低，有利于风沙输送。风沙活动频繁，起沙风占全年的16.4%，其中NW、WNW和NNW占总频率的61.9%，且主要发生在春季^［9］。研究区位于巴丹吉林沙漠盛行风下风向，沙源供应较为充足，新月形沙丘及沙丘链是本区的主要沙丘类型，丘间地零星分布有灌丛白刺、梭梭、沙拐枣等植被。2000年以来植被覆盖度呈现波动上升的趋势，植被状况有所改善^［16］。

Google Earth影像数据解析度高、图片完整，是可靠的沙丘平面形态测量数据源^［17-18］，已被广泛应用于塔克拉玛干沙漠^［13］、柴达木盆地^［17］以及毛乌素沙地^［18-20］的沙丘移动研究中。本文研究区位于巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带，沙丘类型以新月形沙丘及沙丘链为主，新月形沙丘移动较为明显，可以反映该地区沙丘移动规律。根据研究区两期Google Earth遥感影像（仅有2003年和2014年两期高清历史影像，所采用的影像图幅长11.08 km、宽6.6 km，空间分辨率1.1 m，拍摄时间分别为2003年8月10日和2014年1月12日），以新月形沙丘作为沙丘移动研究对象。通过遥感影像图观测发现，沙漠连接带新月形沙丘多达200余个，在选取研究对象过程中，舍弃形态不完整、沙丘轮廓不显著的新月形沙丘。所选沙丘保证在两期影像中未受云层等其他因素影响，且沙丘相对独立，形态清晰完整。最终选择54组形态典型的新月形沙丘作为研究对象，所选沙丘高度6.31—18.77 m，宽度94.72—400.97 m，沙丘大小覆盖广，可以代表研究区沙丘移动的一般情况。在进行沙丘移动测量前，借助影像中道路、建筑物、灌丛等位置不因时间变化而改变的点作为参照点，对遥感影像进行配准，并借助两期影像中参照点坐标进行定位精度检验^［21］。检验结果表明，所选取的20个参照点两期影像坐标一致，避免了影像错动、位移所可能导致的沙丘移动测量误差，从而确保沙丘移动监测结果的准确性。

基于两期影像，分别提取新月形沙丘各形态参数（迎风坡长度L_u、背风坡长度L_d、宽度W、周长C、底面积S）。由于无法直接测得新月形沙丘高度（H），所以在沙丘高度的测定过程中，采用经验公式借助背风坡长度进行测量：

式中：34°为新月形沙丘休止角^［22-23］。

沙丘移动的判定采取五点平均法^［24］，通过新月形沙丘特征点的移动表征沙丘的移动距离和移动方向。本文借助ArcMap10.2选取新月形沙丘迎风坡底、沙丘顶点、背风坡底、北翼角、南翼角（图2），通过对比两期遥感影像中5个特征点的移动距离计算沙丘移动速率。沙丘移动速率计算公式为：

式中：a表示两期影像的时间间隔；n₁、n₂、n₃、n₄、n₅分别为5个特征点移动距离。沙丘移动方向的判定同样借助5个特征点的移动方向计算（以正北为0°）：

式中：a表示两期影像的时间间隔；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅分别为5个特征点移动方向。

巴彦诺尔公气象站距离研究区最近（图1），因此选取该气象站2003—2014年风况、降水以及蒸发的逐日数据作为研究区气象数据参考，数据来源于中国气象数据网（http：// data.cma.cn/）。风能环境的评价主要借助对研究区输沙势（drift potential，DP）的计算来进行。Fryberger^［25］提出的输沙势是衡量区域风沙活动强度的一个重要指标，可将风能环境分为低风能环境（DP<200）、中等风能环境（400<DP<200）和高风能环境（DP>400）。通过各个方向输沙势矢量合成可以获得合成输沙势（resultant drift potential，RDP）。其他风能环境评价参数还包括合成输沙方向（resultant drift direction，RDD）和风向变率r（r=RDP/DP），风向变率可分为高变率（r<0.3）、中等变率（0.3≤r≤0.8）和低变率（r>0.8）^［26］。

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带新月形沙丘2003—2014年移动距离61.14—203.32 m，平均值为103.40 m；移动速率5.88—19.55 m·a^-1，平均值为10.03 m·a^-1（图3）。朱震达等^［27］按照年平均移动速率将沙丘移动划分为慢速（<1 m·a^-1）、中等速度（1—5 m·a^-1）、快速（5—10 m·a^-1）、特别快速（>10 m·a^-1）。55.56%的新月形沙丘属于特别快速移动类型，44.44%的新月形沙丘属于快速移动类型。按影像图上地理位置、沙丘形态、沙丘密度可对研究区进行初步划分（图3）。研究区北部（图3A）西北毗邻公路，沙丘密度较低，沙丘类型以新月形沙丘为主。中部（图3B）与南部（图3C）远离道路，沙丘密度较高，其中南部新月形沙丘链广泛分布。总体上新月形沙丘移动较快，但不同区域沙丘移动速率存在较大差异（表1）。北部沙丘移动速率最快，平均移动速率11.19 m·a^-1。其次为中部，沙丘平均移动速率9.84 m·a^-1，南部沙丘移动速率最慢，平均移动速率9.54 m·a^-1。新月形沙丘不同部位移动速率均呈现出北部速率最快而南部速率最慢的特点。从各部位的移动速率差异看，迎风坡移动速率最慢，平均移动速率9.54 m·a^-1，沙丘南翼移动速率最快，平均移动速率10.98 m·a^-1，明显高于北翼（9.69 m·a^-1）。

2003—2014年，沙丘移动方向范围109°—135°，平均移动方向为122°。不同区域沙丘移动方向差异较小，北部沙丘平均移动方向为118°，中部沙丘平均移动方向为123°，南部沙丘为124°。北部沙丘各部位移动方向均值114°—121°，中部沙丘各部位移动方向均值120°—125°，南部沙丘各部位移动方向均值120°—128°（表1）。

2003—2014年，随着沙丘的移动，沙丘形态变化较为复杂（图4）。72.22%（39个）的沙丘迎风坡长度增加，27.78%（15个）的沙丘迎风坡长度缩短，迎风坡长度平均值从81.17 m增加为87.63 m。66.67%（36个）的沙丘宽度增加，33.33%（18个）的沙丘宽度变窄，宽度平均值从182.71 m增加为195.07 m。62.96%（34个）的沙丘周长增加，37.04%（20个）的沙丘周长缩短，周长平均值从709 m增加为738 m。64.81%（35个）的沙丘底面积增加，35.19%（19个）的沙丘底面积减小，底面积平均值从20 025 m²增加为20 573 m²。除高度外，其余沙丘形态参数均值均有所增加（表2）。沙丘高度平均值从11.65 m降低为9.56 m，其中75.39%（41个）的沙丘高度降低，降低幅度在6 m以内，另外24.07%（13个）的沙丘无显著高度变化（变化幅度小于1 m），且这些无显著高度变化的沙丘主要分布在研究区南部新月形沙丘链附近。对新月形沙丘两翼长度变化的监测发现，沙丘移动前后南北两翼长度发生较大变化。44.44%（24个）的沙丘北翼长度增加，最大增加幅度66.13 m，55.56%（30个）的沙丘北翼长度缩短，最大缩短幅度44.64 m。北翼平均长度从2003年的102.55 m缩短为2014年的101.85 m。相比之下，本研究区南翼的变化更为明显，50%（27个）的沙丘南翼长度增加，最大增加幅度达96.14 m，另外50%（27个）的沙丘长度缩短，最大缩短幅度为44.51 m。南翼平均长度从2003年的92.05 m增加为2014年的95.34 m。

Long等^［28］按照新月形沙丘迎风坡长度与宽度比值（a/c），将新月形沙丘形状分为苗条（a/c<0.5）、正常（0.5≤a/c<0.75）、矮胖（0.75≤a/c<1）、胖（a/c≥1）4种类型。2003年新月形沙丘a/c平均值为0.46，其中有36个（66.67%）沙丘为“苗条”类型，仅有2个“矮胖”类型沙丘，无“胖”类型沙丘。2014年新月形沙丘a/c平均值为0.48，随着沙丘移动，“正常”类型沙丘数量有所降低，“矮胖”类型沙丘增加为4个，且出现“胖”类型沙丘，但研究区仍以“苗条”类型沙丘（70.37%）为主（表3）。

风沙活动强度取决于风况、地表粗糙度（包括植被和地形条件）以及沙源丰富度^［29］。在风沙地貌动力学中，当风速达到启动风速时，地表沙粒开始移动，形成风沙流，为沙丘形成和沙丘移动提供动力条件^［27］。风况作为影响沙丘移动的动力因素，控制着沙丘的形成与演化。Yang等^［9］发现，巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带起沙风主要集中在春季与冬季，且以NW（27.4%）、WNW（23.5%）、NNW（10.5%）3个风向为主，沙丘移动以SE方向为主；年输沙通量372 t·m^-1，WNW、NW、NNW风向输沙量分别占总输沙量的36.4%、34.8%、6.1%，其中WNW方向输沙量最大，年输沙量172 t·m^-1。沙丘移动速率监测结果表明，南翼沙丘移动速率最快，显著高于北翼。新月形沙丘受NW主风向影响向SE方向移动，而后由于WNW方向较大输沙量的堆积，大量上风向沙物质在南翼沉积，使得其不断扩张，最终导致南翼速率显著高于北翼，符合拜格诺沙丘发育模式^［30］。极端干旱区的库姆塔格沙漠北部三垄沙地区沙丘移动研究表明，合成输沙势与沙丘移动距离具有显著的线性正相关性^［2］，同样可以成为风沙活动强度的评价指标。沙丘移动的动态模式与区域间主导风向的格局是耦合的，沙丘移动是由合成输沙风向控制着区域近地表的输沙过程^［31］。以距离沙漠连接带最近的巴彦诺尔公作为风况参照，对输沙势（DP）、合成输沙势（RDP）、合成输沙方向（RDD），风向变率r进行计算。研究区输沙势380.06 VU，属于中等风能环境，合成输沙势240.77 VU，合成输沙风向为123°，与沙丘平均移动方向（122°）相吻合（图5）。风向变率r=0.63，属中等变率。沙丘在单一风向作用下，以前进式运动为主。NW方向输沙势最大，为101.88 VU，其次为WNW方向，输沙势为98.29 VU。WNW方向较高的输沙势，加速了新月形沙丘南翼移动速率。

沙丘移动速率与沙丘的大小呈反比^［29］，主要取决于风速和沙丘本身的高度。除高度外，其他形态参数（迎风坡长度、背风坡长度、宽度、高度、周长、底面积）也被广泛应用于沙丘移动速率的研究，被证明与移动速率存在负相关关系^{［2，17-18，24］}。沙漠连接带沙丘移动速率与各形态参数间呈现显著负相关关系（P<0.01，图6），与已有研究结果一致。随着沙丘的增大，地表粗糙度进一步增加，移动过程中起沙风所要搬运的沙物质增多，使得移动速率降低，导致研究区较大沙丘移动速率低于小沙丘。但移动速率与形态参数间函数关系相关系数较低，这可能受其他影响因素导致。沙丘迎风坡长度与宽度比值（a/c）与移动速率相关性不显著，说明在本文研究区中并不是影响沙丘移动的主要因素。

此外，沙丘移动速率还与沙丘的含水量、植被状况和下伏地貌条件的差异性等多种因素有关^［27］。研究区气候属温带半干旱大陆性干燥气候，以巴彦诺尔公气象站2003—2014年气象数据作为参考，年降水量平均仅为128.2 mm，年蒸发量平均为2 218.6 mm。降水量远远低于蒸发量，且降水主要集中在风沙活动较弱的夏季^［9］，水分条件对沙丘移动速率的影响可以忽略不计。两期遥感影像可观察到零星的灌丛沙包分布于新月形沙丘丘间地。刘婵等^［16］借助无人机和MODIS数据对巴丹吉林沙漠植被分布特征与动态变化进行监测，发现巴丹吉林沙漠内部及边缘地区NDVI 呈由东南向西北递减的趋势，植被覆盖度总体较低，东南侧雅布赖山和东侧宗乃山范围内属于低覆盖度植被，面积约占14.3%；2000—2016年植被覆盖度均呈波动上升趋势。植被覆盖增加表面粗糙度，降低地表风速，同时增加沙物质移动的阈值速度，减少沙物质输移，有效降低了沙丘移动速率。植被覆盖与沙丘密度对移动速率的影响主要体现在北部与南部（表4）。因此，沙漠连接带丘间地灌丛沙包对沙丘移动的影响不能忽视。除植被覆盖外，沙丘密度同样影响沙丘移动，并与移动速率呈现出显著负相关关系^［24］，沙丘密度的增加，沙丘之间的相互阻挡，导致沙丘移动速率的降低，这也是研究区南部沙丘移动速率最慢的原因。

风况、沙源丰富度和植被覆盖度是影响新月形沙丘形态的主要因素^［32］。新月形沙丘一般形成于供沙不足和几乎为单向输沙风的无植被区域，本研究区RDP/DP为0.63，风向变率中等，风向以NW、WNW为主，这与Wasson等 ^［33］发现的新月形沙丘的RDP/DP平均值0.68相近，反映单一风向风或窄风向组合风。而本文对沙丘移动的监测发现，风况对沙丘形态影响主要体现在新月形沙丘南翼，WNW方向沙物质输移在加速沙丘南翼移动速率的同时使其长度不断增加，显著区别于沙丘北翼。

除风况外，沙源的丰富度被认为是影响沙丘形态的一个重要因素，在沙物质供应比较充分的情况下，新月形沙丘在移动过程中横向相互连接，形成沙丘链^［34-35］。沙源供应条件的不同导致了沙丘移动前后沙丘形态变化的差异。南部沙物质供应较为充分，新月形沙丘链广泛分布。相比之下，北部西北毗邻公路，公路距离最近的新月形沙丘仅为200 m。公路道路两旁人为活动较多，防沙措施阻碍沙物质的输移，使得邻近公路北部沙丘密度较低，新月形沙丘零星分布。在以NW、WNW为主的输沙风作用下，北部沙丘迎风坡长度增加，但由于沙源供应相对不足，沙丘高度降低显著，降低幅度最大可达5.40 m。而南部新月形沙丘的沙物质供应可以在沙丘迎风坡长度增加的同时维持其高度。

植被覆盖可以截留沙丘沙粒，阻止沙粒继续运动，并显著降低沙丘体积^{［20，36］}。沙丘移动过程中，丘间地灌丛沙包对沙丘移动的阻碍作用，在降低沙丘大小，导致部分沙丘迎风坡长度、周长、底面积降低的同时，改变着沙丘形状。研究区1/3的沙丘宽度降低，这与丘间地灌丛沙包的阻碍密不可分。毛乌素沙地植被覆盖沙丘迎风坡长度与宽度比值达0.86，属于“胖”沙丘类型^［20］，而本研究中，沙丘迎风坡的增加，以及灌丛沙包对沙丘宽度的限制，也使得沙丘移动后，出现“胖”类型沙丘。关于植被覆盖对沙丘形态的影响，也有研究表明丘间地的植被覆盖对维持新月形沙丘高度起到积极作用，丘间地植被覆盖较高时，沙丘高度变化较小^［37］。目前，植被对沙丘形态的直接影响尚不清楚^［34］，植被覆盖以及沙丘间相互作用对沙丘形态的影响有待进一步研究。

新月形沙丘可以顺风远距离迁徙，而不会经历大小或形状的重大变化，像一个封闭的系统^［29］，发育成熟的新月形沙丘形态参数间具有显著的相关性^［38］。本研究中，新月形沙丘各形态参数移动前后仍保持较为稳定的状态。沙丘移动过程中，形态虽受风况、沙源丰富度以及植被覆盖影响变化较为复杂，但对2003、2014年各形态参数间相关性分析发现，沙丘移动前后各形态参数间（L_u、H、W、C、S）相关性显著（P<0.01）。

地表输沙通量可以反映风对沙粒运输能力的大小，被定义为单位时间内经过垂直于主风向单位长度内沙粒的体积或质量^［39］。其计算可借助Bagnold^［40］所提出的输沙量计算公式：

式中：Q_d为输沙量（单位kg·m^-1·a^-1）；C为沙丘移动速率（单位m·a^-1）；H为沙丘高度（单位m）；γ为干沙密度（2 650 kg·m^-3）。该输沙通量计算公式以单个新月形沙丘为单位，借助沙丘高度及其移动速率进行计算。高度以及移动速率作为公式的重要指标，各地沙丘移动研究均表明，二者具有显著的负相关关系，宽度、底面积等沙丘形态参数同样与移动速率存在显著负相关关系^{［17-18，41］}。本研究中新月形沙丘各形态参数与移动速率间均存在显著负相关性（P<0.01），这种负相关性为多个沙丘输沙通量均值计算提供依据，计算过程中沙丘大小以及宽度的差异均在其移动速率中得到体现。

通过对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带54个新月形沙丘输沙通量计算，可以反映该地区的沙粒运输状况。两大沙漠连接带沙丘移动的年输沙通量范围为170—521 t·m^-1，均值为301 t·m^-1。Yang等^［9］借助实地气象监测数据计算出巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带年输沙量为372 t·m^-1，高于本文基于沙丘高度以及移动速率计算而得的301 t·m^-1。Yang等^［9］主要以实地风况、粒度等数据为依托计算输沙通量，并未将影响沙丘移动的下垫面性质、沙丘间相互作用等因素加入其中。本研究中，丘间地灌丛沙堆对沙丘移动速率的阻碍较为明显，而研究区南部沙丘密度较高，新月形沙丘链广泛分布，沙丘之间的相互作用同样影响该地区的输沙通量大小，这是造成输沙通量计算结果差异的主要原因。

2003—2014年，巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带新月形沙丘移动速率范围5.88—19.55 m·a^-1，平均移动速率10.03 m·a^-1。沙丘移动方向范围109°—135°，平均移动方向为122°，与合成输沙方向一致。沙丘移动前后，除沙丘高度降低外，沙丘迎风坡长度、宽度、周长、底面积总体均呈现增加的趋势。风况作为沙丘移动的重要影响因素，受NW、WNW方向输沙影响，沙丘移动速率南翼显著高于北翼，且南翼长度增加更为显著。沙丘各形态参数（迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积）与移动速率呈现显著负相关关系。植被覆盖与沙丘密度对沙丘动态变化的影响主要表现在对沙丘移动的阻碍以及对沙丘形态的改变。借助沙丘高度以及移动速率对连接带输沙通量进行计算，结果表明巴丹吉林沙漠向腾格里沙漠年输沙通量170—521 t·m^-1，均值为301 t·m^-1。由于近些年沙漠连接带高清影像数据获取存在困难，本文仅选取两期Google Earth影像对该地区沙丘移动规律进行探究，并通过新月形沙丘移动规律反映两大沙漠连接带风沙地貌发育状况以及该区域风沙输送情况，未来研究应该注意遥感数据分析沙丘移动与实地观测相结合。