地貌格局指地貌类型的空间组合形式。在风沙地貌学领域，沙丘格局是沙丘地貌最直观的特征，是风况、沙源与植被等要素长期相互作用、自组织演化的产物^［1-2］。地貌格局的空间变化可以揭示沙丘区的空间规律与演化机制^［3-4］。地貌格局的研究从20世纪90年代以来逐渐受到地貌学界关注^［1］。Ewing等^［3］通过卫星影像获得全球沙漠的沙丘参数（间距、高度、走向、缺陷密度等），并结合年代学证据建立沙丘参数与形成年代间的关系。董治宝等^［4］提取库姆塔格沙漠北部线形沙丘地貌格局参数，结合风况分析其概率分布、空间变化及形成时间。Li等^［5］基于遥感影像系统解析了柴达木盆地简单横向沙丘格局，提出沙源-风况耦合驱动的自组织均衡格局及高海拔风沙阈值。Liu等^［6］通过高分辨率DEM和光谱数据揭示火星风沙地貌稳定-活跃动态格局。Zheng等^［7］基于Google Earth Engine平台提出全球沙丘分类新方法，改善遥感影像地表类型混淆问题。所以，当前对风沙地貌格局研究的新方法、新对象、新区域逐步成为研究热点。

从沙丘地貌格局驱动机制来看，风动力、沉积物和下垫面性质等是影响地貌格局的核心因素^［8］，其中风动力为主导驱动力，风速、风向及其变率塑造沙丘基本形态、空间展布与演化规律^［3-4］。精确刻画风况参数，是理解风沙地貌形成机制、预测沙丘移动以及评估风沙灾害风险的理论基础。凌裕泉^［9］率先解析塔克拉玛干沙漠近地表流场与输沙强度关系，奠定该区域沙漠化研究的风况基础，迄今仍为主流参照。李振山等^［10］最早给出塔克拉玛干起沙风统计阈值，俎瑞平等^［11］则进一步细化风况季节分异，为区域输沙计算提供长期观测基准。Liu等^［12］基于1979—2016年再分析资料与野外观测，揭示塔克拉玛干近地层风况时空分异规律，为区域输沙模式与沙丘动态模拟提供高分辨率风况基准。沙源是沙丘形成发育的物质基础。王训明等^［13］指出塔克拉玛干沙漠中部简单横向沙丘形态参数与沙源丰度密切相关，沙源不同丰度导致简单横向沙丘形态学参数之间有明显不同。张翰之等^［14］通过测定塔克拉玛干沙漠中南部纵向沙垄-穹状沙丘复合区碎屑锆石形态参数确认其主体沙源来自昆仑-阿尔金造山带古河湖体系，并为塔克拉玛干物源研究提供可对比的形态标尺。王宁波等^［15］发现塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄垄间地上覆沙丘空间分布与风动力和沙源密切相关。Song等^［16］揭示了沙丘空间分布与古河道密切关联，干涸河道在演化后期成为重要沙源。Zhang等^［17］通过测年数据表明河流不仅提供物源限制沙丘发育规模，其河道迁移还直接划定地貌格局边界。Chen等^［18］通过REEs示踪量化塔克拉玛干沙漠物源分区与地貌格局耦合关系，表明阿尔金山和东天山是西部巨型沙丘和低矮线形沙丘的主导物源，导致西部高大连续与东部低矮破碎的地貌格局，为干旱区物源-地表过程-地貌演化的耦合研究提供范式。上述研究虽明确了风况与沙源对风沙地貌格局形成的重要性，却尚未针对塔克拉玛干沙漠复合纵向沙垄构建系统、定量的地貌格局驱动机制框架。

塔克拉玛干沙漠是中国第一大、世界第二大流动沙漠^［8，19］，风沙地貌类型复杂多样，兼具简单沙丘（新月形、线形、格状、穹状和金字塔）与复合型沙丘（新月形沙丘链、复合沙山和复合纵向沙垄等）^［8，20］，构成完整的沙丘演化序列。塔克拉玛干沙漠风沙地貌研究自20世纪80年代航片定性描述以来，始终未脱离局部区域、单一类型、形态描述的范式。朱震达等^［8］依据航片和实测数据定性描述塔克拉玛干沙漠风沙地貌空间分布特征；岳健等^［21］归纳局部复合纵向沙垄格局与连接方式；刘鑫等^［22］则局限于沙漠边缘新月形沙丘的迁移速率。Li等^［23］利用多源遥感与航拍数据仅对沙漠东部大型沙丘形态格局与演化机制进行探索。迄今，中东部核心区复合纵向沙垄宏观空间分异仍缺乏高精度、全覆盖的定量刻画，其成因机制更未得到系统解析。

因此，本研究聚焦塔克拉玛干沙漠中东部复合纵向沙垄，基于高分辨率遥感影像与长序列气象数据，提取脊线长度、间距、缺陷密度等关键形态参数，定量刻画空间分异格局；并结合风场-沙源耦合指标解析驱动机制，以期为其风沙地貌演化研究提供定量依据，拓展干旱区复杂沙丘系统研究的理论框架。

塔克拉玛干沙漠位于中国西北部（36°40′—41°46′N，77°58′—88°29′E），总面积约33.7万km²。该沙漠年降水量自沙漠边缘（东北部约100 mm）向腹地减少（中部仅约50 mm）；年平均气温9~11 ℃，昼夜温差大，属于典型干旱区^［24］。沙漠内部沙丘类型齐全，从简单新月形沙丘、横向沙丘、线形沙丘、金字塔沙丘到复合纵向沙垄、复合穹状沙丘及复杂横向沙丘等均有广泛分布（图1）。本研究聚焦该沙漠中东部典型复合纵向沙垄。

研究采用Danielson等^［25］发布的30 m空间分辨率DEM（http：//viewfinderpanoramas.org/）。该数据集以SRTM为基础，融合ASTER GDEM并修复空像元与异常值，垂直精度10 m，水平精度20 m，可满足复合纵向沙丘形态量测需求。遥感数据选用美国地质调查局（USGS）Landsat-8/9 OLI/TIRS影像（30 m分辨率，https：//earthexplorer.usgs.gov/），获取时间集中于2024—2025年，用于识别沙丘脊线。利用DEM和高分辨率遥感影像，提取刻画复合纵向沙垄形态关键参数。

鉴于塔克拉玛干沙漠中东部幅员辽阔，我们将其划分为15 km×15 km的网格，共798个。综合考虑指标代表性与DEM数据可计算性，在每个网格内提取并计算沙丘脊线长度、走向、间距、高度、缺陷密度5个形态参数。针对复合纵向沙垄，因其脊线绵长，沿脊线等距选取3处，取最高点与最低点垂直高差的均值作为该网格的脊线高度；脊线间距则沿上一道沙垄脊线走向等间距布设3个测点，测量至下一道沙垄脊线垂足的距离，并以3段长度的平均值作为最终间距。本研究复合纵向沙垄的空间分布如图2所示。

脊线缺陷密度是单位脊线长度内出现的中断、分叉、交汇等拓扑缺陷的个数^［26］，用于量化沙丘脊线的完整性与复杂度，可等同于沙丘密度^［3］。

为解析沙丘形态与区域风动力耦合关系，本研究风场数据选用Era5-Land 10 m高度逐日再分析产品（1980—2025年），根据风速风向数据计算了各输沙势参数。输沙势（DP）和合成输沙势（RDP）计算公式如下^［27］：

式中：DP反映风速统计某一方向在一定时间内搬运沙子的能力，输沙玫瑰图中各个方向输沙势的矢量合成称为RDP，DP和RDP单位为m²·a^-1；t为不同时刻（t₁≤t_i ≤t_Nobs，i∈［1，N_obs］）；i为每个时间步长；Qi⃗为第i个时间步长平均输沙通量（单位为m²·a^-1）；t_i -t_i-1为第i个时间步长的持续时间。

对每个时间步长计算平坦沙床的饱和输沙通量，计算公式为：

式中：u_i 和xi⃗分别为不同时刻对应的风速与风向。当u^*=u*i，Qi=Q。

采用Ungar等^［28］提出的输沙率公式：

式中：Q表示单位长度饱和输沙体积通量；g为重力加速度（g=9.81 m·s^-2）；d为沙粒粒径（d=180 μm）。

沙粒起动临界剪切速度u_*c​采用Iversen等^［29］的公式计算：

式中：ρ_s为沙粒密度（ρ_s=2.55×10³ kg·m^-3）；ρ_f为空气密度（ρ_f=1.293×10³ kg·m^-3）。

对每个时间步长i，采用以下公式计算剪切速度：

式中：z=10 m，为测风数据的观测高度；z₀=10^-3 m，为特征地表粗糙度；k=0.4，为冯·卡门常数。

等效沙丘厚度EST是一种间接表示沙丘沙物质供应量的参数，通常表示为单位面积上平均沙层厚度，单位为m^［30］：

式中：Z_i 为相邻格网高程；avgdi,j<10000为距离d_i，j 范围内平均高程；avgdi,j<2000为范围小于2 000 m高程；avgdi,j<90为小于90 m高程。

本研究聚焦塔克拉玛干沙漠中东部典型复合纵向沙垄，沿用朱震达等^［8］下伏地貌成因-沙丘类型7亚区划分方案，结合高分辨率遥感影像与DEM复核细化研究亚区（图2）。受影像分辨率与过渡带渐变性影响，局部边界存在偏差，但宏观可区分沙丘类型，满足区域尺度对比需求。各亚区形态特征如下：①a、b区：面积较小（0.15万、0.6万km²），分布于80.8°—81.3°E，以高大复合纵向沙垄（<25 m）与宽广垄间地（湖盆分布）相间分布。②c区：面积约为1.6万km²，位于克里雅河与尼雅河间的北民丰隆起。以复合横向沙山和纵向沙丘为主（50~100 m），垄上叠置格状或新月形沙丘，垄间地分布线形沙丘、格状沙丘及少量干湖盆和灌丛。③d、e区：d区面积1.3万km²（38.5°—40°N），e区面积1.8万km²（尼雅河和安迪尔河间）；二者均以25~50 m复合纵向沙垄为主，d区迎背风坡均叠次生格状沙丘，垄间地有零星干湖盆，e区垄上叠置格状沙丘，垄间地为线形沙丘、干湖盆及戈壁。④f区：面积约为2.9万km²，分布于83.7°—86.2°E。以50~100 m的复合纵向沙垄和新月形沙丘链为主。⑤g区：面积最大（3.5万km²），分布于84.8°—88.2°E，受河流影响显著。以垄高>100 m的复合纵向沙垄为主，垄上叠置格状沙丘，垄间地分布线形沙丘。

各分区沙丘形态参数差异显著（图3），直观展现了沙漠不同区域沙丘的形态发育过程，为探究沙丘形态演化机制提供数据支撑。脊线长度与间距变化范围大，表明研究区沙丘纵向延伸与横向分布密度差异明显。高度平均值较高区域，其分布范围亦相对更宽。这说明其发育沙丘类型多样。脊线走向的多样性和复杂性反映区域主导风况的空间变化。脊线长度（4 127~13 696 m）从西向东整体呈增长趋势，中部小于东部，且中部分布范围小于东部。间距（1 097~2 756 m）平均值相对一致，但各分区内差异明显，除靠近和田河附近的中部a、b区外（图3B）。高度平均值（16~71 m）自a区至g区呈明显递增趋势，c区之后增长较为显著，且分区内分布范围渐扩，说明从西南向东北沙丘发育规模或沙源供应增强（图3C）。a、d、e区脊线走向相对集中，f、g、b区分布范围较广（图3D）。

从空间分布来看，沙丘形态参数表现出明显的区域异质性（图4）。脊线长度呈中部长、边缘短的趋势（图4A），高值区（>33.73 km）分布在d区北部、e区、f区中部、g区西北部，低值区（<3.62 km）分布于近河地带a、b区，近山体和河流地带c区和f区东北部、g区西北部。间距高值区分布与脊线长度分布具有相似性，高值区主要位于d、e区及g区东南部。在g区东南部出现显著高值，可达7 660.84 m，表明该区域沙丘分布较为稀疏（图4B）。高度呈现由西南向东北递增变化，高值区达161.00 m，低值区仅0.22 m，g区高度显著高于其他区域（图4C），反映沙丘在垂直方向发育程度的空间变化。脊线走向整体以NE向为主，但在北部和东南部存在局部偏转（图4E），即脊线走向自南向北由东北风（NE）逐渐转向西北风（NW）。这反映出脊线受地形、气流等因素影响，走向具有复杂性与空间变异性。缺陷密度自沙漠外围向中心递减（0.05~17.1），高值区集中于沙漠边缘尤其是近河流和山体的区域，其值大于0.50。而沙漠腹地多数单元缺陷密度较低，在0.23左右，指示其脊线连续性好，形态较为稳定（图4D）。

沙丘形态参数可以反映沙丘发育的成熟度以及演化阶段^［3］，也可以反映短时间内风沙活动强度和区域风况的变化程度^［4］。脊线长度与间距之间存在较好相关关系（R²=0.64），表明随着脊线长度的增加，沙丘间距有明显增大趋势。间距与高度之间存在弱相关关系（R²=0.22），说明脊线长度对高度的解释力度有限，可能受局地沙源供应或风力调控更为显著。高度与脊线长度则无显著相关。各区域高度存在明显差异，脊线长度分布分散，导致两者之间无明显相关关系。这反映出形态参数以及不同区域之间存在明显分异，可能与沙丘形成动力条件、沙源供应等因素的空间差异有关。整体而言，脊线长度与间距具有较强的协同变化特征，暗示其形态发育受相似动力机制控制；而高度则表现出相对独立性，指示其受制于不同环境因子（图5）。

基于1980—2025年研究区四季风速与风向，春季整体风速较高（2.44±0.85 m·s^-1），东部接近4.77 m·s^-1。风向多为东北风，这一风向与沙丘脊线走向等形态特征可能存在关联（图6A）。夏季风速较春季增强（2.84±0.90 m·s^-1），东部风速可达4.84 m·s^-1，但空间差异缩小。风向仍以东北风为主，风力作用强度增加（图6B）。秋季风速开始降至2.25±0.65 m·s^-1，风速高值区范围缩小且最大值仅3.85 m·s^-1。风向虽仍以东北风占优，但局部气流方向离散性增加，出现北部西北风向南转为东北风的趋势，反映出大气环流影响发生变化（图6C）。冬季风速达全年最低（1.63±0.39 m·s^-1），风向分布分散，且主导风向与春、夏季差异显著，部分地区转为东北风或偏西风，风力作用显著减弱，对沙丘形态塑造等的影响也相应降低（图6D）。春、夏季稳定而强劲的东北和东风是驱动沙物质定向搬运、塑造复合纵向沙垄的根本动力；而秋、冬季相对微弱且风向多变的风况则对沙丘形态塑造作用有限。

风沙地貌的形态塑造与演化受控于风动力、沙源供给、下伏地形、水分、植被状况等多因子耦合^［31］，且主导因素随尺度推移而更迭。考虑到研究区位于极端干旱区的流动沙丘，水分与植被可忽略不计。本研究系统剖析风况、沙源及其交互效应对复合纵向沙垄形态分异与地貌格局的驱动机制。

风是沙丘形态形成与演化的主要驱动力^［32］。风向影响脊线走向与延伸长度，决定形态特征^［33-34］；风速影响移动速度与高度^［35］。研究区盛行风以东北和偏东风为主，风速呈空间梯度变化，即东部及南部部分区域达4.85 m·s^-1，西部及北部约0.40 m·s^-1（图7A）。从空间格局来看，脊线走向与风向夹角呈现显著空间规律（图7B）：低值区（0°~20°）位于沙漠腹地及东北部，脊线走向与合成输沙方向高度一致，促使脊线延长，间距拓宽，反映风况对沙丘形态的一级控制。中值区（40°~60°）主要沿克里雅河下游及塔里木河周边流域呈带状分布，水文改造或下垫面变化弱化风力主导性，致脊线长度与间距变化不显著。高值区（80°~90°）则零星分布于沙漠西南缘山前地带及局部干涸湖盆，脊线走向与盛行风近乎垂直，或受地形阻挡、局地环流扰动影响，脊线长度与间距较小。综上，从空间耦合角度证实风况是控制脊线走向的首要因素，但局地环境因子的扰动作用不可忽视。该发现深化了对干旱区风沙地貌风力主导-多因子协同机制的认知。

输沙势方向影响沙丘形态，输沙势强度影响沙丘高度以及迁移速率^［36］。输沙势（DP）与合成输沙势（RDP）的空间分布相似，均表现为由西北向东南逐渐增强的趋势（图8A、8B），高值中心分布于沙漠东南缘的民丰-且末一带（可达42.15 m²·a^-1），而低值区则位于沙漠西北部（接近0.01 m²·a^-1），与Liu等^［12］对该沙漠输沙势分析较为一致。与此同时，DP和RDP高值区与脊线长度和间距变化在沙漠南缘部分地区吻合（图8C、D、E、F），相关系数在0.2~0.4；在沙漠腹地北缘和东北缘主要受到风向影响，相关系数小于0.1。这说明DP高值是影响脊线长度与间距变化的主导因素，这种风动力配置有利于沙粒持续搬运与堆积，从而促进脊线长度和间距发育（图4A、4B）。而沙漠腹地北缘和东北缘主要受除DP外其他因素影响，例如受到风向影响。然而，高度高值区（图4C）与DP和RDP高值区存在空间偏移，表明沙源供给（如河流冲积物分布）可能是比风动力更关键的因素。

沙源可用性是影响沙丘形态的重要因素^［37］。沙源可划分为远源输移与局地供给两类：远源沙物质主要源于高山碎屑经河流搬运，故以至河流距离（D）作为其替代指标；局地沙源则以沉积物厚度（EST）表征。研究区沉积物厚度空间差异显著（图9A），沙漠东南部的EST>100 m，指示该区域为历史时期的物汇中心；而西北部EST普遍低于20 m，反映基底抬升或侵蚀作用主导。至河流距离分布（图9B）表明现代河流沿岸形成近河低值带，而古河道遗迹周边出现中远距离高值区。GWR模型回归系数表明：沉积物厚度与脊线高度正相关关系具空间异质性，北民丰隆起及中东部厚沉积区（系数0.5~0.7）相关性强，薄沉积区相关性弱（图9C）；至河流距离与脊线高度正相关关系同样异质，东部近现代河、中部近古河区（系数0.6~0.9）相关性显著，西部远河区相关性弱（图9D）。

沉积物厚度和至河流距离对脊线高度的影响具显著空间异质性。厚沉积且近河区更有利于沙丘发育，因充足沉积物提供物质基础，近河区域水分条件间接促进沙丘发育。这与Li等^［23］的研究表明盆地下方沉积物为塔克拉玛干沙漠东部巨型沙丘提供物源和河流携带的高山碎屑物质成为沙丘不断发育的重要物质来源的结果一致。而单一因素如厚沉积或近河区，也会导致脊线高度增加（图4C），如北民丰隆起和中部古河流分布区，相关系数0.6~0.7佐证此结论。而薄沉积、远河区，因物质基础相对不足，脊线高度低，如沙漠中部远河区沙丘高<20 m，相关系数<0.2（图9C、D）。这种空间异质性反映了沉积物分布、河流作用与沙丘发育之间复杂的空间耦合关系，为深入理解研究区沙丘地貌形成演化机制提供了重要依据。

风沙地貌形成与发育受到多种因素的影响，本研究以输沙势、合成输沙势、起沙风风向、沉积物厚度以及至河流距离的重分类结果为自变量，脊线长度、间距、高度、脊线走向和缺陷密度为因变量，采用地理探测器分析其驱动和交互作用（图10，P<0.05）。RDP对脊线长度（q=0.15）和脊线间距（q=0.16）影响最大，EST对脊线高度影响最大（q=0.49），风向对脊线走向影响最大（q=0.31），至河流距离对脊线缺陷密度影响最大（q=0.31）。单因子影响弱于双因子交互作用。其中，RDP与至河流距离对脊线长度影响最大（q=0.42），RDP与风向对脊线间距影响最大（q=0.27），EST与DP对脊线高度影响最大（q=0.60），风向与DP对脊线走向影响最大（q=0.54），DP与EST对脊线缺陷密度影响最大（q=0.20）。正是由于主导因素的综合作用，使得脊线长度与间距存在相关关系，而脊线高度与间距存在弱相关关系。这与Ewing等^［3］和Li等^［5］对简单沙丘的研究不同。这主要是由于本研究是复合纵向沙垄，非简单沙丘；并且脊线间距与长度主导因素为RDP，而脊线高度主要受到EST影响，所以相关关系不明确。在空间上表现为沙漠腹地因EST薄、距河远，导致沙源可用性低，高度低，脊线长度及间距与风向关系显著；近河及近山体区域因EST厚、属RDP高值区，导致高度大，脊线长度及间距与输沙势关联密切。

塔克拉玛干沙漠中东部复合纵向沙垄形态参数是多因素综合作用的结果，可以表征沙丘形成发育与演化过程。

复合纵向沙垄地貌格局空间分异显著。东部沙丘脊线短、间距宽、高度高、缺陷密度低；中部沙丘脊线长、间距窄、高度低、缺陷密度低。此格局由风况、沙源供给与下垫面性质共同作用。

沙丘形态参数存在关联性。脊线长度与间距呈显著相关（R²=0.64），脊线间距与高度呈弱相关（R²=0.22），脊线长度与高度无显著关系，各区域内部因主导因素差异，存在局部变化。

沙丘地貌格局是风动力、沙源可用性等多因子协同调控，单因素影响弱于多因素。合成输沙势（RDP）与物源综合调控脊线长度、合成输沙势（RDP）与风向综合作用脊线间距、输沙势（DP）与沉积物厚度（EST）的综合作用对脊线高度影响最大。

该研究基于高精确卫星影像数据定量揭示该区域中东部复合纵向沙垄空间分布及主导成因，完善塔克拉玛干沙漠风沙地貌研究体系。未来需加强对复合纵向沙垄其上叠置次级简单沙丘的精细研究，以深化其形成演化机制。