鸣沙山月牙泉景区“沙山抱泉，泉映沙山”的独特景观兼具科研与旅游价值，沙泉共生成因机制也一直是干旱区风沙地貌研究热点之一^［1］。前人利用遥感、野外观测等技术手段，系统揭示了研究区多尺度地形与局地环流共同作用下的复杂近地表流场特征^［2-4］，阐明了以金字塔沙丘和线性沙丘为主体的沙山动态变化规律，反映了风沙活动主导下沙粒粒度分异与空间迁移的风沙沉积特征^{［5 -6］}，揭示了敦煌绿洲和鸣沙山之间的局地环流，提出景区内部沙山与月牙泉因热力差异形成的小尺度山谷风增加了景区近地表流场复杂性^［7-10］，这一动力特征为沙山与月牙泉长期共存提供了有利条件。胡世雄等^［11］揭示了区域全年盛行西北风、东北风和南风，三向风力动态平衡共同维持沙丘稳定状态^［12-13］，并阐明地形放大上升气流和局地环流促使金字塔沙丘增高增大^［14］。受上述风力与地形共同影响，域内沙脊线短期内呈现往复摆动而非单向迁移^［15］，但长期航拍相片解译发现月牙泉受南北沙山夹击态势明显^［16-17］。除区域环流和局部地形调控作用外，月牙泉为地形低洼切割至地下水位而形成的下降泉，其与地下水为同一水体，地下水不断上涌维系着月牙泉的存在^［17-20］。上述区域风场、局地环流、地形地貌与地下水等多要素协同作用，共同维持了鸣沙山与月牙泉生态系统的长期稳定存在。

然而，在自然因素和人为活动的共同影响下，南北两山对月牙泉形成夹击之势^［21］，月牙泉存续面临威胁。基于相关研究结果，研究者指出南北沙山夹击所引发的沙害根源在于上风向林带建植密度过高、规模过大^［22］，可通过疏通主风向风道，提高近地表风速，恢复景区近地表风沙流场动态平衡，从而实现沙害的有效治理。基于此，景区服务中心于2012—2017年提出并实施了风道疏通工程。但截至当前，尚未评估风道疏通工程对区域风动力环境的影响。鉴于此，亟须系统剖析区域风动力环境，评估风道疏通工程对区域风场格局和风动力环境影响，为鸣沙山月牙泉景区生态保护与可持续发展提供科学依据和决策依据。

位于中亚极端干旱区东部边缘的敦煌^［23］，属于典型大陆性荒漠气候。冬半年受蒙古高压影响，区域气流下沉，全年干旱少雨，降水量不足40 mm，日照时间长，蒸发量可高达2 400 mm^［24-25］。鸣沙山月牙泉景区位于敦煌市市区南5 km处，南接鸣沙山，北靠敦煌绿洲，东邻戈壁滩与三危山相望。鸣沙山月牙泉景区由大泉湾（Ⅰ）、小泉湾（Ⅱ）和四周沙山组成（图1），其中大泉湾北部环绕着北沙山（Ⅲ）东南和西南两沙臂，南部则为西北-东南走向南沙山（Ⅳ），西侧外部是西沙山（Ⅴ），小泉湾处在南沙山和东沙山（Ⅵ）的半包围之中。

月牙泉东观测站地处大泉湾与小泉湾交会地带，对景区近地表流场变化高度敏感，利用其观测数据可有效阐明局地环流特征及强度变化规律。于2009年1月在此处架设一台全自动气象观测仪，监测要素包括风速和风向，风速测量高度为2 m，风速采集时间步长10 min，站点具体位置见图1。基于此观测仪，获取了2009—2025年连续风向和风速观测数据，其中2018年因仪器损坏，数据缺失。

汇总整理上述监测数据后，分别计算年平均风速和年平均起沙风速，以及16个风向上年平均风速和年平均起沙风速，并对0~5、5~6、6~7、7~8、8~9、9~10、10~11、11~12、>12 m·s^-1风速区间进行频次统计并计算百分比、输沙势，绘制风玫瑰图。参照前人研究成果，该区域的2 m高度处起沙风为5 m·s^{-1［26-27］}

输沙势是衡量区域风沙活动强度的重要指标之一。基于风速廓线的对数分布规律，本研究将月牙泉东观测点2 m高度的风速数据转换为10 m高度的对应数据，风向数据保持不变。2 m和10 m高度风速换算公式为：

式中：U₁₀为10 m高度风速；U₂为2 m高度风速；z₀为粗糙度，参照前人研究成果，此处z₀取值为9.3×10^-4 m^［28］。

输沙势计算利用10 m高度风速，并采用Fryberger等^［29］提出的经典输沙势公式：

式中：DP表示输沙势，以矢量单位（Vector Unit，简称 VU）进行量化；V为超过临界起动风速的风速，V_t 为临界起动风速（V_t 取值为11.66 n mile·h^-1），二者单位均为n mile·h^-1；t表示起沙风持续作用的时间，通常以该风速出现的频率来表征。

研究区主导风向为东北风与偏西风，风道疏通工程则以月牙泉为圆心、3 km为半径作为施工范围，划定33.75°~78.75° 偏东北风通道扇区与236.25°~303.75°偏西风通道扇区为核心作业区域。通过对区域内高大林木实施修剪、截干和砍伐等措施，拓宽东北、西北两大主导风道的通风断面，提升进风通量。鉴于风道疏通工程规模较大、影响范围广且生态效应深远，为防止区域风动力环境与生态系统发生剧烈扰动，工程采用分期、分阶段方式实施，整体实施周期为2012—2017年。其中，2012年重点疏通东北风通道。2013年砍伐月牙泉村二组高大杨树以疏通西北风道。2015年疏通两个区域以恢复西北风道，区域一为月牙泉二组沙排场周围至景区北沙山一线，区域二为月牙泉村二组闫家湾至景区西沙山一线，砍伐部分高大树木，对经济林则是修剪树冠，降低风阻。2017年再次对西北风道和东北风道进行疏通，东北片区砍伐月牙泉三组约2 100株高大杨树，西北片区砍伐月牙泉景区渗水工程补水站约810株高大杨树，保留杏树、桃树等经济林。

如图2所示，2009—2025年，观测点年平均风速先降后升，变化范围为1.5~2.29 m·s^-1，最大值出现在2021年，最小值出现在2015年。其中，2009—2012年，年平均风速逐年下降，由2.21 m·s^-1降至1.91 m·s^-1，降幅达14%。风道疏通工程实施后，年平均风速略有上升，2013年年平均风速为2.05 m·s^-1，较2012年增加0.14 m·s^-1。2016年年平均风速再次回升为2.01 m·s^-1，且2016—2025年稳定在2.0 m·s^-1之上，最大值为2.29 m·s^-1，出现在2021年，其次为2.28 m·s^-1，出现在2025年。工程结束后，区域通风条件改善，进入域内的气流增强，年平均风速呈小幅上升趋势。

2009—2025年观测点年平均起沙风速呈现先降后升再降的变化趋势，波动范围为5.70~6.28 m·s^-1，最大值出现在2009年，最小值出现在2023年。其中，2009—2012年年平均起沙风速逐年下降，2012年为5.91 m·s^-1，相较于2009年下降0.37 m·s^-1，降幅为5%。2013—2017年，年平均起沙风速略有回升，2013年相较2012年增长0.12 m·s^-1。2019—2025年，年平均起沙风速波动变化，波动范围为5.70~5.94 m·s^-1。

如图3所示，不同风向上平均风速的年际变化差别较大。SSE、S和WSW方向呈现上升趋势，E和NW方向则呈现下降趋势，其余风向均有波动，但风速稳定在1~2 m·s^-1。

2009—2016年，整体风速偏低。仅少数风向（SSW、SSE、WNW和E方向）年平均风速稳定在2 m·s^-1左右，其中SSW向出现了大于3 m·s^-1风速。2014年，NE、ENE、SSE方向年平均风速增加，相较于2013年分别增加0.97、1.48、1.86 m·s^-1，增幅分别为85%、125%、60%。与之相反，SSW、SW、W、WNW、NW方向分别下降2.11、0.65、0.79、1.66、1.27m·s^-1，降幅分别为62%、30%、30%、61%、55%。2017—2025年，整体年平均风速相较于前期增大，尤其是S和SSE方向。发生上述变化原因在于：疏通后的东北风道和西北风道使得区域整体风力增强，东风年平均风速随之上升。同时，西风环流加强，增加了绕南沙山进入景区的气流，使得观测点南风的年平均风速明显增强。另一方面，西沙山对偏弱风力的阻挡作用依然存在，一定程度抑制了偏西风方向微风的进入，使得该观测点记录的偏西风风速仍维持先前水平。

如图4所示，2009—2025年，观测点年平均起沙风速整体变化趋势可分为3个阶段。第一阶段为2009—2012年，此阶段各风向年平均起沙风速多大于6.0 m·s^-1，热力图呈现橙色和浅红色，高风速集中出现在东北向和西北向。2009年E、ENE、W、WNW方向年平均起沙风速分别为6.68、6.46、6.46、6.41 m·s^-1。第二阶段为2013—2017年，该时段内风速高值集中在ENE、E、W和WNW方向。2012年东北风道疏通后，2013年ENE与E风向平均起沙风速分别提升1.03 m·s^-1和0.41 m·s^-1，增幅为18%和6%；2013年西北风道疏通后，2014年W风向平均起沙风速增加0.61 m·s^-1，增幅为9%；2015年西北风道疏通后，2016年W与WNW风向平均起沙风速分别提高到6.37 m·s^-1和7.16 m·s^-1，增幅为6%与18%。这一阶段风速变化与风道疏通的影响高度同步，疏通后风速增高，尤其是在西北方向和东南方向。第三阶段为2019—2025年，此阶段工程基本结束，年平均起沙风速变化趋于稳定，波动范围为5.5~6.0 m·s^-1，部分风向出现7.0 m·s^-1以上的高值。第三阶段热力图多为浅色，较前期平均起沙风速整体水平较低。出现该现象的原因是：风道疏通后，外部阻挡物减少，使得原本受阻滞的低风速起沙风更易进入景区，而高风速起沙风受到的疏导作用相对有限。因此疏通风道方向进入起沙风频次增加，且新增部分以低风速风为主，高风速部分基本保持不变，年平均起沙风风速略有下降。

根据图5可知，除2017年外，月牙泉东观测点0~5 m·s^-1风速占比均超过90%，仅有不到10%的频次分布在其他区间，表明小风速区间是研究区环流的主要构成部分。2009—2025年0~5 m·s^-1风速占比波动，变化范围为89.3%~95.6%，最大值出现在2014年。

随着风速等级升高，对应风速区间百分比逐渐降低。5~6 m·s^-1区间的占比约为3%~6%，呈波动上升趋势，2017年达到峰值，为6.14%，与风道疏通后低风速起沙风增多的现象相符。≥6 m·s^-1的中高风速事件合计占比通常低于5%。风速8~9 m·s^-1区间年占比仅为0.1%~0.6%，9~10 m·s^-1多低于0.1%，≥10 m·s^-1的风速出现频次多年为零。仅2012、2013、2015年记录到极少量风速>12 m·s^-1的极端大风情况，对应占比均未超过0.02%。

从时间演变趋势看，2010—2016年0~5 m·s^-1风速占比较大，均大于93%，随后略有波动，但始终保持在较高水平。2017年占比为89.26%，对应中高风速5~8 m·s^-1比例阶段性上升。2017—2025年中高风速占比保持着较高水平，可能与疏通风道后局地环流变化有关。其他风速区间并无明显的变化。总体而言，研究区风速等级分布相对稳定。

根据风能环境标准，2009—2025年月牙泉东观测点均属于低风能环境，DP呈现先降后升的变化特征，其中2009年DP最大，达到75.18 VU，2024年DP最小，为25.96 VU（图6）。

2009—2012年，DP从75.18 VU下降至最低值29.84 VU，降幅达60.3%，同时WNW、W和E方向风减弱，ENE方向风完全消失，反映起沙风能量显著减弱。RDP与DP变化趋势相反，并非同步于DP，反映主导风向的关键作用。2009年RDP仅为4.88 VU，RDP/DP为0.06，说明起沙风高度分散，输沙效率较低。2011年RDP升至18.47 VU，RDP/DP达0.62，表明西风主导下风力集中、输沙效率提升。在这一阶段，RDD主要指向东南。

2013—2017年，DP逐步恢复并维持在较高水平，2017年增至70.56 VU，较2013年增加26.27 VU，增幅为60%。其间，东风和西风增强，ENE、E和W风向交替主导输沙活动，此变化与风道疏通工程在时间和空间上有高度对应。具体表现为：2012年疏通东北风道后，2013年E风向DP增大，且变为起沙风主导风向；2013年疏通西北风道后，2014年起沙风主导风向为ENE、W；2015年起沙风主导风向为ENE、SSE；2016年为ENE。2014年RDP变化剧烈，降为4.67 VU，伴随RDD由东北转向正西，体现风向格局变化。2015年后稳步上升，2017年达38.74 VU。RDP/DP逐年上升，起沙风由分散变为集中。

2019—2025年，DP略有波动，2020—2022年连续三年超过40 VU，2024年略低，为25.96 VU， 2025年上升为49.85 VU，增幅为48%，尽管DP波动，SSE起沙风主导输沙活动，RDD指向北方。这表明近年景区风沙动力系统趋于稳定且具备较强定向输沙能力。RDP波动范围为7.81~31.52 VU，最大值和最小值分别出现在2022年和2024年，其余年份RDP变化稳定，RDP/DP也表现出稳定趋势。

全球气候背景下，2009—2025年鸣沙山月牙泉景区风动力环境变化复杂。在此背景下，月牙泉东观测点2009—2012年风速下降，与北半球近地面风速在20世纪90年代到21世纪初的下降趋势相符^［30-31］，但2012—2017年风道疏通工程实施期间，观测点风速增大。其中，2012年疏通东北风道后，2013年ENE、E风向平均起沙风速分别提升1.03 m·s^-1和0.41 m·s^-1，同年东风成为主要的起沙风来源。2013年疏通西北风道后，W风向平均起沙风速增加0.61 m·s^-1，并成为主导风向。2015年再次疏通西北风道后，2016年W与WNW风向平均起沙风速分别提高0.41 m·s^-1和1.11 m·s^-1。此阶段风速变化与风道疏通工程的干预措施在时间和空间上高度吻合，初步证实风道疏通对局地风场有明显的定向增强作用。在同一风动力环境中，年平均起沙风速波动下降，年平均风速波动上升，两者出现相反的变化趋势。这一现象无法通过气候波动解释，唯一合理机制为风道疏通工程优化了主导风向通道、降低气流阻力，使局地气流动力条件显著改善。可见景区风况变化与风道疏通工程高度对应，工程通过疏通外部风通道增强西风、东风和南风入区能力，维持了区域风动力环境的稳定，间接影响输沙势分布。

2009—2025年，月牙泉东观测点风速波动变化。2009—2012年风速逐年下降，风道疏通工程实施后年平均风速和年平均起沙风速分别增加0.14 m·s^-1和0.12 m·s^-1，工程结束后，年平均风速波动上升，此后逐渐稳定，同期年平均起沙风速呈缓慢下降趋势。

风向热力图反映风向上风速的年际变化趋势。SSE和S风向年平均风速升高最明显，疏通工程结束后，年平均风速均大于3 m·s^-1，其余风向上年平均风速也有不同程度上升。从年平均起沙风热力图可看出，工程实施期间，区域风向以西北和偏东风为主，与工程实施前对比无明显偏移，但年平均起沙风速变化明显，ENE、E、W、WNW风向上均出现研究期间的最大值，分别为6.75、6.71、6.77、7.16 m·s^-1，工程结束后年平均起沙风速略微下降。

2009—2025年，鸣沙山月牙泉景区全年风速集中于0~5 m·s^-1，占比超90%，≥5 m·s^-1的风速等级占比较小，且随着风速等级升高，占比逐渐下降。在风道疏通工程影响下，≥5 m·s^-1风速等级占比升高。

2009—2025年，鸣沙山月牙泉景区输沙势变化范围为25.96~75.18 VU，依据划分标准，属于低风能环境。2013—2017年风道疏通工程施工期间，输沙势波动变化，具体表现为2013年东风输沙势提升，2014年西风输沙势提升。2019年之后南风逐渐占据主导地位。输沙势和合成输沙势表现出相似的变化趋势，呈现逐步抬升后波动的变化特点。合成输沙方向在工程竣工后由早期东西方向逐步转为偏北方向。