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中国沙漠, 2024, 44(2): 78-89 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00124

巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带新月形沙丘动态

乌友罕,1, 殷婕2, 武子丰1, 哈斯额尔敦,1

1.北京师范大学 地理科学学部 自然资源学院，北京 100875

2.中国林业科学研究院生态保护与修复研究所，北京 100091

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

Wu Youhan,1, Yin Jie2, Wu Zifeng1, Hasi Eerdun,1

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

通讯作者: 哈斯额尔敦（E-mail： hasi@bnu.edu.cn）

收稿日期: 2023-07-12   修回日期: 2023-09-17  

基金资助: 第二次青藏高原综合科学考察研究项目.  2019QZKK0906
国家自然科学基金项目.  42271005

Received: 2023-07-12   Revised: 2023-09-17  

作者简介 About authors

乌友罕（1997—），女，内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要从事干旱区地貌研究E-mail：202121051137@mail.bnu.edu.cn , E-mail：202121051137@mail.bnu.edu.cn

摘要

巴丹吉林沙漠与乌兰布和沙漠之间的输沙带由波状高平原带状流沙和山麓带状流沙组成。利用多期高分辨率遥感影像对输沙带新月形沙丘动态开展了监测。选取山麓输沙带、高平原输沙带主体区及其南北两侧4个样区，提取并计算沙丘各参数，分析探讨了沙丘移动、形态和输沙通量的时空变化及其影响因素。结果表明，2003—2020年，沙丘动态因地形、风况和沙丘规模等差异显示不同的时空变化特征。（1）沙丘移动速率为2.09~40.93 m·a-1，平均为12.89 m·a-1，山麓输沙带沙丘移动快于高平原输沙带沙丘，随合成输沙势的变化，沙丘移动速率在高平原输沙带趋于减小，山麓输沙带趋于增加；（2）沙丘移动方向介于102°~152°，平均为126°，受控于各方向起沙风强弱变化，在高平原输沙带向北偏移，在山麓输沙带向南偏移，但均与合成输沙方向不一致；（3）沙丘移动过程中，迎风坡长度趋于增加、高度趋于降低，主风（W）与次主风（NW）交替作用使南翼伸长；（4）近20年，低矮沙丘出现沙物质损失，相对高大沙丘沙物质收支平衡；（5）考虑输沙带宽度及沙丘密度计算的输沙带输沙通量达117 t·m-1·a-1，估计巴丹吉林沙漠每年向乌兰布和沙漠至少贡献55万t沙物质。

关键词： 沙丘动态 ; 输沙通量 ; 新月形沙丘 ; 巴丹吉林沙漠 ; 乌兰布和沙漠

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.

Keywords： dune dynamics ; sand transport flux ; barchan dune ; Badain Jaran Desert ; Ulan Buh Desert

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本文引用格式

乌友罕, 殷婕, 武子丰, 哈斯额尔敦. 巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带新月形沙丘动态. 中国沙漠[J], 2024, 44(2): 78-89 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00124

Wu Youhan, Yin Jie, Wu Zifeng, Hasi Eerdun. Barchan dune dynamics in the sand belt between the Badain Jaran Desert and Ulan Buh Desert. Journal of Desert Research[J], 2024, 44(2): 78-89 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00124

0 引言

沙丘动态主要包括移动及形态变化，沙丘迎风坡侵蚀的沙物质在背风坡堆积形成滑落面，使整个沙丘向前移动［1-2］，风况、沙源、沙物质收支以及沙丘间相互作用等诸多因素变化均导致沙丘形态发生相应变化［3-4］。沙丘动态可以反映其自身形成过程以及区域风况和输沙强度的变化［5］，也可表征区域生态环境变化趋势［6］。新月形沙丘一般出现在沙源短缺的沙漠边缘或沙漠-绿洲过渡带［7］，其动态变化可指示区域沙物质的输移方向和输沙通量［8］并提供区域风沙环境和景观演化的关键信息。最近开展的有关新月形沙丘移动［9-11］、形态变化［12-13］及二者间的响应关系和影响因素［14-15］的研究，均揭示了沙丘动态变化是多因素主导的复杂地貌演变过程。地面测量［16-19］和遥感监测［20-22］是沙丘动态研究的常用方法。前者虽精度高但受限于时间和监测范围，后者是近年来大范围沙漠动态监测的主要方法。

阿拉善高原处在中国西北干旱区东部，巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和乌兰布和沙漠横贯全境。巴丹吉林沙漠与其他两大沙漠之间以干燥剥蚀山地和波状高平原相隔，又以带状流沙相连。这些带状流沙主要由新月形沙丘及沙丘链组成，沙丘移动快、形态变化明显，是监测沙丘动态变化的理想场所，故受到相关研究的广泛关注。前人对阿拉善高原流沙带的沙丘动态开展了一些遥感监测，对输沙带沙丘移动速率和形态变化已有初步认识［23-30］。然而，因影像数据空间分辨率低而无法精确表达沙丘形态变化，又因时间序列短而很难表达沙丘动态变化对气候要素变化等的响应，同时很少考虑地形等下垫面因素。近年来，高分辨率影像数据解析度增高、图片更加完整，成为可靠的沙丘平面形态测量数据源［31-33］，能用于精确提取沙丘平面形态及移动特征。本文利用多期高分辨率遥感影像，以巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带的典型新月形沙丘为研究对象，通过计算不同区域沙丘移动、形态参数及输沙通量等，分析了输沙带沙丘动态变化特征，并结合气候要素，探讨了沙丘动态变化对边界条件的响应。

1 研究区概况

巴丹吉林沙漠与乌兰布和沙漠之间的输沙带处于两种地貌单元（图1），以狼山-巴彦乌拉山为界，西部为低山残丘相间的波状高平原（以下简称高平原），海拔1 000~1 500 m，地势向东微倾，比降1.67 m·km-1；东部则是山麓输沙带，也是吉兰泰盆地西缘，海拔1 000~2 000 m，地势向东倾斜，比降达23.08 m·km-1。西部高平原输沙带由巴丹吉林沙漠东缘沿银根乌拉山-阿拉腾山间的谷地呈近东-西向延伸至狼山-巴彦乌拉山西麓集聚形成亚玛雷克沙漠，输沙带长约80 km，宽度5.5~7.0 km。东部输沙带则是由亚玛雷克沙漠分叉形成南北两支并分别翻越狼山和巴彦乌拉山，汇入乌兰布和沙漠形成的山麓输沙带，其中翻越巴彦乌拉山的山麓输沙带长度约65 km，宽度由山麓附近的4.5 km至汇入乌兰布和沙漠前拓宽至9.5 km。

图1

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图1   研究区位置

注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号GS（2016）1607号）制作，底图边界无修改

Fig.1   Location of the study area


输沙带处在典型大陆性干旱气候区。根据附近气象站近20年观测数据，多年平均气温9 ℃，其中高平原输沙带（8 ℃）低于山麓输沙带（10 ℃）；多年平均降水量118 mm，高平原输沙带（130 mm）高于山麓输沙带（105 mm），全年降水集中在6—9月（占全年降水量的70%）；多年平均风速3.6 m·s-1，高平原输沙带（3.8 m·s-1）高于山麓输沙带（3.4 m·s-1，图2）。运用Fryberger方法［34］计算并绘制的输沙玫瑰图显示，高平原输沙带起沙风主要是偏西（W、WSW）和西北偏北（NW、NNW）风，而山麓输沙带由西（W）、西北（NW）和东北偏东（ENE）3个方向组成；输沙势、合成输沙势在高平原输沙带显著高于山麓输沙带，合成输沙方向在高平原区较山麓输沙带北偏（图2）。区域植被为典型荒漠植被，以旱生灌木、半灌木和小半灌木为主，如白刺（Nitraria tangutorum）、珍珠（Salsola passerina）、沙米（Agriophyllum squarrosum）、沙竹（Psasmmochloa mongolica）等。地带性土壤为灰漠土，砾石、粗砂含量高，在输沙带沙丘丘间地有薄层覆沙。

图2

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图2   2000—2020年多年平均月气象要素

Fig.2   Multi-year monthly average meteorological elements from 2000 to 2020


2 数据与方法

2.1　区域选择

考虑到地形差异、沙丘规模局地分异和历史影像数据的可获取性，选择以新月形沙丘分布为主的4个典型区域，分别为西部高平原输沙带主体及其南、北两侧3个区域，以及山麓输沙带1个区域，并在文中将4个区域自西向东分别命名为“区域一”至“区域四”（图1）。

2.2　数据来源与数据处理

2.2.1　基础气象数据

选取研究区内巴彦诺尔公、吉兰泰两个气象站2000—2020年气温、降水及风况（风向、风速）数据，其中巴彦诺尔公位于高平原区，吉兰泰处在山麓输沙带附近（图1）。数据来自美国国家气候数据中心的公开FTP服务器，采样分辨率3 h。

2.2.2　影像数据

下载4个区域2010、2013年及2019/2020年3期高分辨率卫星影像（表1），其中高平原主体区还包括2003年影像。影像空间分辨率均在0.45 m左右，可以清晰地识别沙丘。

表1   卫星影像信息

Table 1  The detailed information of satellite images

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2010-07-190.45
2013-12-21
2019-11-30
高平原输沙带南侧2010-10-120.45
2013-12-21
2019-11-30
高平原输沙带主体2003-09-280.45
2010-10-12
2013-12-21
2020-01-09
山麓输沙带2010-10-010.46
2013-07-21
2020-10-29

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2.3　影像信息提取与参数计算

在影像数据预处理步骤中，首先对影像进行正射校正，其次参照最近一年典型地物坐标，对遥感影像进行配准。在不同区域内选取典型新月形沙丘，利用ArcGIS 10.8软件，通过人机交互方法在遥感影像上提取沙丘轮廓，并量算沙丘形态移动参数。

2.3.1　信息提取

本文选取的沙丘形态参数有长度（L）、迎风坡长度（La）、宽度（W）、高度（H）、周长（C）和底面积（S），参数意义见表2。

表2   沙丘形态参数意义

Table 2  The significance of dune morphology parameters

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

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2.3.2　参数计算

沙丘高度计算

H=LD·tan34°

式中：H为沙丘高度（m）； LD为沙丘背风坡水平距离（m）； 34°为新月形沙丘休止角［35-36］。

沙丘移动参数计算。沙丘移动的具体测量方法为“五点平均法”［37］，即选取沙丘迎风坡脚、丘顶、背风坡脚、南北两翼顶端等5个特征点，分别记录各个特征点在两期影像中的位置并连线，该直线的距离和直线与正北方向的夹角分别为该沙丘上该特征点在该时间段内的移动距离（D）、移动方向（以方位角θ表示）。最后对测量结果进行算术平均得到该时期内沙丘移动的距离和方向，移动距离与该时间间隔（t）的比值即为该沙丘的移动速率（V）。

V=D/t

输沙通量（Q）计算

Q=DγH

式中：D为沙丘移动距离（m）；γ为沙子容重（γ=2.65 g·cm-3）；H为沙丘高度（m）。

考虑输沙带宽度和沙丘密度对输沙通量进行计算：分别在4个区域内平行于输沙带方向划出输沙带边缘指示线，在内部垂直于两侧边缘线随机画10条输沙带横断面样线，并在横断面样线上画出所有沙丘所在指示线（图3）。最后，计算沙丘指示线总长度与横断面样线总长度的比值，输沙通量公式计算所得结果与该值的乘积即为考虑沙丘密度计算所得输沙通量。

图3

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图3   输沙通量修正计算示意图

Fig.3   Schematic diagram of sand transport flux correction calculation


3 结果

在选定的4个区域共提取了112个新月形沙丘，其不同时期的平面轮廓及位置见图4。在监测期内，沙丘数量未发生增减，即未出现沙丘间的合并和分离；沙丘空间位置发生了明显变化，且其变化量、方向和形状因所处区域不同存在一定差异。

图4

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图4   沙丘平面轮廓变化

Fig.4   The changes of dune plane contour


3.1　沙丘移动

2003—2020年，巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带的新月形沙丘向东南方向移动了30~390 m。总体上，沙丘移动速率为2.09~40.93 m·a-1，平均为12.89 m·a-1；沙丘移动方向介于102°~152°，平均为126°（表3）。沙丘移动速率高于巴丹吉林-腾格里沙漠输沙带（平均10.03 m·a-1），但方向（平均122°）相近［24］。沙丘移动速率与高度之间呈负指数关系（0.66≤ R2 ≤0.84）。沙丘移动速率以山麓输沙带最大（平均20.27 m·a-1），其次是高平原输沙带南侧（平均13.47 m·a-1）及北侧（平均9.85 m·a-1），高平原主体区最小（平均7.97 m·a-1）；沙丘平均移动方向在高平原区为115°，山麓输沙带为143°。在沙丘各部位，高平原3个区域沙丘南翼移动速率高于北翼，山麓输沙带前期（2010—2013年）南翼快于北翼，但后期（2013—2020年）北翼快于南翼；沙丘迎风坡与背风坡移动速率相比，在高平原输沙带南、北两侧（区域一、二）前者快于后者，高平原输沙带主体区（区域三）后者快于前者，山麓输沙带前期（2010—2013年）背风坡移动速率高于迎风坡，但在后期（2013—2020年）二者相近。随时间推移，沙丘移动速率在高平原输沙带趋于减小，山麓输沙带则趋于增大；沙丘移动方向在高平原输沙带向北偏移，山麓输沙带向南偏移。

表3   沙丘移动方向及速率

Table 3  Dune movement direction and rate

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）
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6.42~18.135.67~11.999.83~27.856.44~15.052.96~23.532.26~26.822.02~18.447.79~40.793.07~44.22
均值11.898.3615.9110.999.019.645.5320.7322.43
迎风坡范围5.52~17.585.80~13.126.48~27.226.54~17.822.44~20.212.69~27.241.77~17.013.93~41.255.46~44.95
均值10.588.6315.8910.998.467.815.5018.5821.91
背风坡范围5.98~18.084.45~11.938.88~29.316.59~15.124.82~24.183.13~24.802.37~17.784.65~40.214.34~44.50
均值10.118.2514.9910.858.578.205.7519.9121.88
北翼范围5.65~20.674.22~13.147.23~30.592.89~19.784.32~25.003.09~26.512.00~16.945.51~41.3110.30~44.69
均值11.747.6915.0010.8610.3010.196.3320.3922.98
南翼范围5.80~22.715.59~13.439.86~26.754.86~21.274.57~24.354.05~25.811.93~17.427.73~42.399.01~43.81
均值12.119.1317.3211.8910.0111.437.1223.5321.75
平均11.298.4115.8211.129.279.456.0520.6322.19

方向

/（°）

丘顶范围104~136110~143105~13799~12496~128112~14494~139113~158129~160
均值118121118112111125111140147
迎风坡范围106~129104~129105~12697~12498~13896~14197~131103~153127~152
均值117116115108112116113138143
背风坡范围102~144103~143103~13099~118101~12798~15099~138130~157134~153
均值119125117110113124113144146
北翼范围110~146109~139107~15399~12798~13996~14193~139126~156125~158
均值125122122108112116111144142
南翼范围107~139104~14299~128100~13199~12599~15398~142109~153127~164
均值125119115111110120114138148
平均121120117110112120112141145

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3.2　形态变化

不同年份各区沙丘形态参数由大到小依次是高平原输沙带主体、山麓输沙带、高平原输沙带北侧和南侧（表4，图5）。沙丘移动过程中，沙丘长度、迎风坡长度均有不同程度增加，沙丘高度平均值普遍趋于降低；沙丘宽度和底面积在高平原输沙带主体和山麓输沙带趋于增加，在高平原输沙带南、北两侧趋于减小。类似的变化在巴丹吉林-腾格里沙漠输沙带［24］和巴丹吉林沙漠东北侧戈壁［38］等地的沙丘动态研究中也有报道。

表4   沙丘形态参数

Table 4  Dune morphological parameters

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）
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

均值134.30139.13138.35107.91112.73121.22351.15363.04372.85392.42154.16162.04166.11
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

均值63.6168.7673.8351.0453.9564.17181.60181.65187.48197.9888.80102.10101.51
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

均值172.80173.13169.67120.07110.60112.62361.15360.24363.57371.49184.08181.15188.03
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

均值11.999.627.998.717.537.1822.9420.8618.5019.6311.5910.3610.51
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

均值549.21560.70553.44408.63403.92417.571 261.651 299.111 334.371 393.03584.38601.47618.17
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

均值12.0812.0911.787.577.117.1969.7169.1771.1175.2520.6721.5122.40

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图5

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图5   沙丘高度与移动速率间的关系

Fig.5   The relationship between dune height and movement rate


不同高度沙丘的高度变化情况显示，2010—2013年，4个区域绝大部分沙丘高度趋于减小；2013—2020年，区域一几乎全部沙丘高度趋于减小，其余3个区域高度增减的沙丘数几乎各占一半；2003—2010年区域三高度增减的沙丘数也各占一半（图6）。沙丘高度变化量与沙丘高度之间，在高平原3个区域和区域四高度小于20 m的沙丘中呈负相关，即沙丘越高，其高度降低程度越大，沙丘越低矮，其高度降低程度越小甚至趋于增高。

图6

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图6   沙丘高度变化值与高度之间的散点图

Fig.6   The scatter plot between the change value of dune height and height


3.3　输沙通量

2003—2020年，不考虑沙丘密度的输沙带输沙通量平均为356 t·m-1·a-1，且在各样区中，山麓输沙带最大，平均478.38 t·m-1·a-1，其次是高平原输沙带主体区，输沙通量最小的是高平原输沙带两侧。考虑沙丘密度计算的输沙通量结果显示，山麓输沙带为95.20 t·m-1·a-1，与最小的高平原北侧相近（89.98 t·m-1·a-1）；而高平原主体区输沙通量最大，达180.77 t·m-1·a-1（表5）。由此计算所得输沙带年输沙量，在高平原区每年达77.38万t，山麓输沙带达54.74万t（表6）。

表5   输沙通量计算

Table 5  The calculation of sand transport flux

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）
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343.36205.27274.32112.7367.4089.98
南侧342.05207.93274.99125.1376.06100.65
主体494.58470.41221.84395.61260.93219.64103.58180.77
山麓输沙带528.85427.90478.38105.1585.0895.20

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表6   输沙带年输沙量

Table 6  Annual sand transport in sand transport belt

区域输沙通量/（t·m-1·a-1）输沙带宽度/m输沙带年输沙量/（万t·a-1）

高平原

输沙带

北侧89.986 25077.38
南侧100.65
主体180.77
山麓输沙带95.205 75054.74

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4 讨论

在巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带，新月形沙丘空间位置及形态的时间变化和空间差异与风况、沙源、沙丘形态和下垫面等因素的时空差异有关。其中，高平原输沙带南、北两侧沙丘移动速率高于主体区，显示了沙丘规模及疏密度与移动速率之间的关系［37，39］（表3，图5），也反映了输沙带沙源短缺的环境。据此，可以认为沙丘移动及其过程中的形态变化主要受制于风况及地形差异。

作为表征一个地区有效风况的重要指标，输沙势是沙丘移动速率、方向及形态变化的主要控制因素［40-41］。自2010年以来，高平原输沙带沙丘移动速率减小和山麓输沙带沙丘移动速率增加均与其各自所在区域输沙势（尤其合成输沙势）的减小和增加相一致（图7）。但是，两个区域各时间段内沙丘移动方向明显偏离于同期合成输沙方向，而且沙丘移动方向的变化也与合成输沙方向变化不一致。如在高平原输沙带，合成输沙方向向南偏转时沙丘移动方向向北偏移。这与以往研究中沙丘移动方向与合成输沙方向一致［24，42］的结论不同。沙丘移动方向与各方向输沙势（图7）的相对大小变化之间具有同步性。在高平原输沙带，2003—2010年至2011—2013年，西北方向（NW、NNW）输沙强度相对变强导致沙丘移动方向向南偏移；2011—2013年至2014—2019年，西北方向（NW，NNW）输沙强度相对变弱又使沙丘移动方向北偏。同样在山麓输沙带，2011—2013年至2014—2020年，东北方向（ENE，NNE）输沙强度相对变强和偏西方向（W，WSW）输沙强度相对变弱导致沙丘移动方向南偏。由此，各方向起沙风的强弱变化可能控制着沙丘的移动方向。

图7

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图7   各时间段输沙势与同期沙丘移动方向

Fig.7   Sand drift potentiality and dune movement direction for each time period


山麓输沙带沙丘移动速率明显高于高平原输沙带，与前者输沙势低于后者不一致。这与以往研究中较少关注的地形因素有关。山麓输沙带沙丘移动方向与坡向一致。研究表明，沙粒沿下坡运动时起动风速降低、跃移轨迹长度增加进而输沙率增加［43-44］。因此，沙丘沿下坡移动时，背风坡的沉积速率相对增加［45-46］，沙丘移动得以加速。此外，高平原输沙带降水量高于山麓输沙带，但是年降水量小于150 mm且集中在非有效风季，对沙丘移动速率影响很小。

沙丘移动过程中的形态变化与区域风力强度增减导致的沙丘各部位风沙作用强弱变化有关。高平原输沙带主导起沙风强度随时间减弱，导致沙丘丘间地和迎风坡下部风速减小、输沙率降低，使不饱和风沙流侵蚀丘顶导致沙丘降低，同时因丘顶与滑落面顶重合使迎风坡变长。至于沙丘顺风向长度增加，也与沙丘南翼变长有关。相对于北翼，南翼移动速率较快而伸长，这与主风（W）、次主风（NW）交替作用和后期主风强度增加有关，类似于西奈沙漠新月形沙丘向纵向沙丘转变的情况［47］。高平原输沙带南北两侧沙丘高度降低的同时宽度和底面积减小，表明低矮沙丘在移动过程中出现了沙物质损失；而高平原输沙带主体区和山麓输沙带沙丘高度降低、底面积增加，可能说明相对高大沙丘沙物质收支处于平衡状态。

关于输沙带输沙通量，仅用沙丘移动速率和高度计算结果明显高估区域输沙通量［24，28］。本文考虑输沙带宽度及沙丘密度计算的输沙通量比较接近实际。根据输沙带沙丘密度、丘间地沉积物和亚玛雷克沙漠景观特征［25，48］，巴丹吉林沙漠仅通过沙丘输沙向亚玛雷克沙漠每年贡献近77.38万t沙物质，亚玛雷克沙漠形成时代也可能不晚于巴丹吉林沙漠，其沙物质翻越山地后，仅以一个流沙带的沙丘形式向乌兰布和沙漠每年贡献近55万t沙物质，巴丹吉林沙漠对乌兰布和沙漠的沙源贡献量不容小觑。同时，该输沙带可能早已存在，并非近期“握手”，也非与人类活动有关的“沙化”结果。

5 结论

2003—2020年，巴丹吉林-乌兰布和沙漠输沙带新月形沙丘空间位置和形态均发生了明显变化，且因地形、风况和沙丘规模等差异显示出不同时空变化特征。地形的影响使山麓输沙带沙丘移动明显快于高平原输沙带。沙丘移动速率随时间的变化与合成输沙势增减变化相一致，移动方向受各方向起沙风强弱变化控制，但明显偏离于合成输沙方向。区域风力强度减弱导致沙丘迎风坡变长、高度降低，低矮沙丘出现沙物质损失；呈锐角的主、次两个方向风的交替作用使新月形沙丘一翼快速伸长。对于稀疏沙丘分布区，输沙通量的估算需要考虑输沙带宽度和沙丘密度，否则可能出现高估情况。未来的研究尚需监测沙丘三维形态、密度、等效沙层厚度、丘间地植被和近地面风沙流等，以期更全面地评估区域沙丘动态和输沙情况。

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