全国沙漠（包括戈壁及沙漠化土地）总面积130.8万km²，约占全国土地面积的13.6%，其中沙丘是中国沙漠地区地表最基本的形态^［1］。沙丘是风力作用下形成的沙粒堆积体^［2］，吴正等^［3］根据沙丘形态和风况之间的关系，将沙丘分为横向沙丘、纵向沙丘和多方向风作用下的沙丘。其中，穹状沙丘是多方向风作用下形成的圆形或近圆形沙丘。穹状沙丘的形成受到风况、沙源等多种因素的共同控制，且形态差异较大，主要分为简单型和复杂型，简单型只有几米高，复杂型可数十米高，且表面常发育次级沙丘^［4］。

已有研究对穹状沙丘的形成过程提出了多种解释，表明其可形成于多风向、夹角较小的双峰或强单峰风况^［4-6］。Qian等^［7］认为穹状沙丘在风向多变且温和的冬季风下由沙斑演化而来；Mckee^［8］ 指出在主风明显但风向复杂的地区，沙丘因难以形成落沙坡而直接发育为穹状沙丘；Breed等^［9］则认为穹状沙丘的位置可能与风力强大的单向有效风的存在有关。然而，尽管其形成机制已得到较多探讨，关于穹状沙丘在沙丘系统中所处的演化阶段及其与其他沙丘类型的关系仍存在不同认识。Parteli等^［10］认为穹状沙丘是新月形沙丘的“最小尺寸”，King^［11］将穹状沙丘视为新月形沙丘发育的初级阶段，而Parteli等^［12］认为在100°~120°的双风向交角下，穹状沙丘的下风向会向线形沙丘发育。此外，马芳^［13］与Bourke等^［14］在不同地区均观察到穹状沙丘与新月形沙丘、线形沙丘等类型共存的现象，进一步揭示了穹状沙丘可能具备多向演化路径。

尽管上述研究为穹状沙丘的形成机制提供了重要基础，但对其与其他沙丘类型关系的研究，仍聚焦于穹状沙丘形态及其发育环境^［7-9］或局部区域的共生现象^{［13，15-16］}。目前，仍缺乏全国尺度的系统研究，以比较其在与新月形、线形、格状沙丘等构成的多种共存区中的形态与风况特征。

基于此，本文在全国尺度上，系统对比上述3类典型沙丘共存区中穹状沙丘的形态与风况特征。通过揭示其形态分异规律并阐明形态-风况的耦合关系，本文旨在从全国尺度为穹状沙丘的演化阶段提供实证，进而深化对风沙地貌系统复杂性的认识。

穹状沙丘因形态规模小、稳定性低，较少独立分布，常与新月形沙丘、线形沙丘或格状沙丘共存。基于Google Earth卫星影像解译，按主要共存类型将研究区划分为3类（图1）：①穹状沙丘与新月形沙丘共存区（简称“穹-新区”）；②穹状沙丘与线形沙丘共存区（简称“穹-线区”）；③穹状沙丘与格状沙丘共存区（简称“穹-格区”）。进一步，根据沙丘表面是否发育次一级沙丘，将穹-线区细分为穹-线区（简单）和穹-线区（复杂）。在穹-线区（复杂）中，穹状和线形沙丘均为复杂型沙丘，其表面均上覆有新月形沙丘和格状沙丘（图2）。

穹-新区主要分布在塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地和腾格里沙漠的边缘，除B-3区穹状沙丘位于新月形沙丘下风向外，其余多呈相间分布（表1）。穹-线区主要分布在塔克拉玛干、库姆塔格沙漠和乌兰布和沙漠；穹状沙丘多位于线形沙丘的头部、尾部或与之并列（表2）。穹-格区位于塔克拉玛干沙漠和库姆塔格沙漠的边缘，穹状沙丘常与格状沙丘并列分布（表3）。

本文基于Google Earth卫星影像（空间分辨率最高能达0.5 m），通过目视解译，识别并选取了穹状沙丘和其他类型沙丘共存的典型区域，并对其中的穹状沙丘进行了形态参数测量。为保证测量结果的可比性，每个独立研究区域的所有穹状沙丘形态参数均基于同一时期的影像进行量取。

穹状沙丘通常在平面图中呈圆形或椭圆形，是没有落沙坡的沙丘。因此，用底面积（A）、体积（V）、长轴（L_c）和短轴（L_d）、长轴走向（D）、长短轴比（L_c/L_d）、高度（H）来描述穹状沙丘的形态特征（图3）。

由于无法通过卫星影像获取沙丘体积以及简单型穹状沙丘的高度，因此采用了Qian等^［7］建立的回归模型进行估算：

而复杂型穹状沙丘高度可用空间分辨率为30 m的NASA DEM数据（采集于2000年）在GIS软件中提取^［17-18］：

式中：h₃和 h₆分别代表沙丘长轴、短轴中心点的海拔；h₁、h₂分别为长轴端点的海拔；h₄、h₅分别为短轴端点的海拔。

沙丘的形态主要取决于区域内的风况特征^［19］。本文的ERA5-Land再分析数据来源于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）综合预报系统（IFS）的同化和模型预测数据，该数据已在风沙地貌的研究中广泛应用^{［5，13，20］}。ERA5-land再分析数据是提供空间分辨率为0.1°×0.1°（约9 km）、时间分辨率为每小时10 m高度风的矢量数据^［20］。为获取能够代表研究区穹状沙丘发育期间风况的长期平均状态，选取的时间周期为各个研究区卫星影像时间的前5 a，例如，B-1研究区的卫星影像时间为2020年，则选取2015—2019年的数据。

本文采用Fryberger等^［21］的方法计算风能环境和输沙势：

式中：DP为输沙势，反映一定时间内某一方位起沙风输沙的能力，使用矢量单位VU表示；U和U_t 分别为10 m高度风速和10 m高度的临界起动风速，单位为节（1节=0.514 m·s^-1）；t为风速U出现的次数占总观测次的百分数。各方向输沙势的矢量和及其方向分别为合成输沙势（RDP）和合成输沙势方向（RDD），分别表示各方向的输沙势和输沙净方向，二者的比值（RDP/DP）则表示风向的合成变化。

本文中10 m高度的临界起沙风速依据前人研究设定^［22-26］：除库姆塔格沙漠和乌兰布和沙漠为5 m·s^-1外，其余沙漠均为6 m·s^-1。

本文对4类沙丘共存环境中共计1 131个穹状沙丘样本进行了测量，其中穹-新区473个、穹-线区（简单）392个、穹-线区（复杂）157个和穹-格区109个。穹状沙丘的形态在不同环境中存在显著分异（图4）。

在底面积方面，穹-线区（复杂）沙丘规模最大，平均高达4.5×10⁵ m²，且70.1%集中分布在2.0×10⁵~6.0×10⁵ m²。穹-新区沙丘的分布最为离散，平均底面积（1 760 m²）虽远大于穹-线区（简单，235 m²），但主要分布区间（50~200 m²，占32.4%）却与其（52~200 m²，占70.2%）存在部分重叠。穹-格区沙丘平均底面积（1 084 m²）与穹-新区相当，但其分布更为集中，60.6%集中于79~500 m²。

在高度方面，穹-线区（复杂）的沙丘平均高度达33.2 m（87.9%分布于15~45 m），与简单类型（平均高度<1 m）形成量级差异。但同属简单型，高度分布也因共存类型存在差异：穹-新区的沙丘高度呈双峰分布，89.0%集中在0.2~1.2 m，平均值为0.8 m；穹-线区（简单）的沙丘高度分布最为集中，90.1%分布在0.3~0.7 m，平均值为0.5 m；穹-格区的沙丘高度也呈双峰式分布，78.0%分布在0.5~0.8 m和1.1~1.3 m，平均值为0.8 m。

在体积方面，穹-线区（复杂）沙丘平均体积最大，约6.7×10⁶ m³，89.2%分布于3.6×10⁵~1.2×10⁷ m³。穹-新区沙丘平均体积为1 078 m³，分布范围最广，56.9%在9~200 m³；而穹-线区（简单）的平均体积最小（60 m³）且高度集中，88.6%集中于10~100 m³；穹-格区沙丘平均体积为514 m³，66.1%集中在16~500 m³。

长短轴比分布进一步揭示了穹状沙丘的形态差异（图5）。穹-新区沙丘形态均衡，65.5%的长短轴比分布集中在1.0~1.4，均值为1.4；穹-线区（简单）沙丘更接近圆形，57.9%的分布集中在1.0~1.3，均值为1.3；而穹-线区（复杂）与穹-格区则呈现拉长特征，分别集中于1.1~1.6（占比80.3%）和1.3~1.9（占比70.6%），均值分别为1.4和1.7，其中穹-格区的沙丘细长化特征最为显著。

总体来看，穹状沙丘形态在不同共存环境中差异明显。穹-线区（复杂）的穹状沙丘规模最大；穹-线区（简单）最小；穹-新区的形态参数分布范围广、离散度大。在平面形态上，穹-线区（简单）的沙丘形态更接近圆形，穹-格区的沙丘则最为细长。

区域年风向差异揭示了起沙风在空间分布上的动态变化规律^［27］。风向玫瑰图显示，各共存区年起沙风风向基本稳定，其中部分区域存在明显的主次风向差异（图6）。如表4所列，各区域的起沙风频率均呈现显著的季节性规律，即春夏季最高、秋冬季显著降低（春夏季起沙风频率大多占全年起沙风的60%以上）。

穹-新区主导风向可划分为3种类型：全年起沙风由单一风向控制，主风向频率占总风向的40%以上，如B-1、B-3、B-5、B-7；全年存在稳定主次风向，主次风频率占总风向的60%以上，如B-2；主次风向随季节发生改变，如B-4、B-6、B-8、B-9，其中B-8和B-9主次风方向在夏季呈季节性互换。

穹-线区（简单）主导风向可以划分为两种类型：全年起沙风以东至东北方向（E、ESE、ENE、NE）为主，主风向频率占总风向的40%以上，如L-1至L-6；全年不存在单一主导风向，如L-7、L-8，L-7的主风向为ENE，次风向为WNW、W，L-8全年受频率相近的偏东风和偏西风的共同影响。

穹-线区（复杂）主导风向可划分为3种类型：全年主风向以东风或偏东风为主，占全年的50%以上，如L-9和L-12；全年存在两个风向，主次风频率占总风向的50%以上，如L-10和L-11；全年主风向较为复杂，如L-13。

穹-格区具有稳定的主次风向结构，全年主风向均为WNW或W，次风向为ENE或NE。

综上，各共存区起沙风风向模式特征显著：穹-新区的特性在于部分共存区风向动态变化，主次风向存在显著的季节性互换；穹-线区（简单）则表现为东风主导或频率相近的东西风共同影响；而穹-线区（复杂）最为复杂，表现为主风向单一、双风向和多风向；穹-格区的风向结构最为稳定，全年由稳定的双风向主导。

各类型共存区的年平均风速相近，为2.6~4.1 m·s⁻¹，区域差异不显著；然而，在月际尺度上，所有区域的月平均风速变化趋势一致，均在5月达到峰值，于1月或12月降至谷值（图7）。进一步分析发现，区域间的风速波动幅度存在差异：穹-格区的月平均风速全年均低于其他区域；穹-新区的风速年内波动幅度明显较穹-线区更为平缓，二者于2月的差异达到最大。

输沙势（DP）是表征区域风沙活动强度与划分风能环境的关键指标^［28-30］。基于卫星影像前5年数据计算的年输沙势显示（图8，表5），4类共存区风能环境存在显著差异。

风能强度上，所有共存区均属于中低风能环境。穹-新区与穹-线区（简单）的DP跨度最大，分别为12.82~269.82 VU与10.30~399.59 VU；而穹-线区（复杂）与穹-格区的DP分布则相对集中，风能环境更为均一。

风况类型与风向变率上，穹-新区风况多样，RDP/DP跨度最大（0.20~0.92），对应双峰、宽单峰风况；穹-线区均以双峰风况为主，但穹-线区（复杂）的RDP/DP值更低且分布集中（0.49~0.71），风向组合较为稳定；穹-格区为典型的钝双峰风况，且RDP/DP对应中等变率。

综上所述，不同共存区的风能环境存在差异，这影响了沙丘的形态和共存格局。穹-新区以风况多样和风向变率范围大为特征；穹-线区以双峰风况为主；穹-格区则由钝双峰风况主导。

基于前文年输沙势的分析及前人成果，本文重点分析塔克拉玛干沙漠北部穹-新区B-1、穹-线区（简单）L-2和穹-线区（复杂）L-9的季节输沙势（图9）。结果表明，3个区域的输沙强度与输沙方向均存在显著季节变化。

B-1区域春季呈锐双峰风况，主风向为东北风，次风向为东风，合成输沙方向为228.8°；夏季次风向为西北风，合成输沙方向为197.5°；秋季转变为宽单峰，主风向为东东北风，合成输沙方向为228.8°；冬季偏东风减弱，主风向转为北北东风，合成输沙方向为222.3°。其季节输沙方向存在31.3°的方向变化，范围是197.5°~228.8°。

L-2区域春季呈锐双峰风况，主风向为东风，次风向为东东北风，合成输沙方向240.7°；夏季东风减弱，合成输沙方向为223.5°；秋季主风向为东风，而偏北风减弱，合成输沙方向为258.7°；冬季偏北风消失，主风向为东东北风，合成输沙方向为257.4°。其季节输沙方向存在35.2°的方向变化，范围是223.5°~258.7°。

L-9区域春季风况为单峰，主风向为东风，合成输沙方向为265.3°；夏季主风减弱、次风加强变为宽单峰，合成输沙方向为226.2°；秋季主风仍为东风，其余风向减弱，合成输沙方向为263.1°；冬季主风向为东风，合成输沙方向为268.4°。其季节输沙方向存在42.2°的方向变化，范围是226.2°~268.4°。

综合分析表明，尽管地理位置邻近，不同类型共存区的季节输沙势特征差异明显。穹-线区（L-2和L-9）的主风向的季节性变化相对较小；而穹-新区B-1在春、夏、秋三季的风向变率显著高于或等于穹-线区，仅冬季略低，整体主导风向稳定性最高。

穹状沙丘的平面形态多呈椭圆形，但其形态参数存在显著的区域差异。本文的研究结果支持了Parteli等^［12］及Bourke等^［14］的观点，即穹状沙丘不仅可以单独存在，也可以与其他沙丘共存。前人研究表明，随着底面积的增加，穹状沙丘高度相应增长，顶部偏移并逐渐发育落沙坡，最终可能向新月形沙丘演化^［5］，本研究进一步发现，所有穹-新区的新月形沙丘平均底面积均大于穹状沙丘（图10），从形态上解释了二者共存的原因。

在沙丘走向方面，Hastings^［31］认为单向风作用下，穹状沙丘最终会演变成新月形沙丘，表明其形态特征不稳定；马芳^［13］指出，在穹-线区（简单）中穹状沙丘长轴走向与合成输沙方向关系不一，而在穹-线区（复杂）中多呈斜交关系，其统计的3个区域夹角在14.8°~70°。本文结果（图8和表6）表明，79%共存区的穹状沙丘的长轴走向与RDD夹角集中在65°~90°，其余主要分布在10°~30°。穹-新区、穹-线区（简单）的结果与前人研究基本一致。然而，本文研究的3个穹-线区（复杂）落在马芳^［13］统计的夹角范围内，而L-10与L-11的夹角分别为76.8°和88.9°，显著高于该范围。分析表明，这与该区域位于玛扎塔格山背风侧密切相关^［32］：该山脉作为巨型地形障碍，重塑了背风侧的风场，形成复杂均衡的多向风况，并平均截留约62.1%的沙源供应，从而显著影响穹状沙丘的最终形态。另外，影像分析显示穹-格区R-2中多数穹状沙丘已发育落沙坡等过渡形态，表明其正处于形态演变阶段。值得注意的是，本文多数研究区处于中等风向变率与低风能环境；而当风向变率为低或高变率时，沙丘长轴走向可能倾向与合成输沙方向平行。

为阐明风况对沙丘共存格局的控制作用，本文分析了沙丘形态与风况的对应关系。前人研究普遍认为，穹状沙丘形成于复杂、双峰或强单峰风况^［4-6］，新月形沙丘形成于沙源不充足的单向风况，线形沙丘主要形成于双峰风况^［15］，而格状沙丘形成于近乎垂直的双峰风况^［33-35］。据此，本文预期穹-新区应为单峰风况，穹-线区与穹-格区应为双峰风况。

然而，实测风况与预期存在差异：穹-新区实际为双峰或单峰，表明其可在有主风的双峰风况下存在。具体而言，在B-5和B-7等宽单峰风况区域，稳定主导风向利于新月形沙丘维持，促使穹状沙丘向其演化；而在其他双峰风况区域，主风向控制新月形沙丘的形态，次风向则可能侵蚀落沙坡，促使其向穹状沙丘转变^［5］，从而实现二者共存。这一发现整合了Mckee^［8］与Breed等^［9］的观点，表明穹状沙丘可在不同风况组合下形成。穹-线区多数区域为典型双峰风况，与线形沙丘的发育环境一致，并支持了Parteli等^［12］的数值模拟结果；而L-6区域为窄单峰特例，与其位于大型横向沙丘链背风侧有关，该处线形沙丘更接近一种在单向风、低变率下形成的风影沙丘^［36］，并向下风向延伸出穹状沙丘。穹-格区的风况则与前人理论基本吻合，表现为稳定的钝双峰风况。

从风向变率来看，穹-线区（简单、复杂）的RDP/DP平均值（0.55与0.54）低于穹-新区和穹-格区（0.63与0.64），说明其风况更为复杂（表5）。不同共存区穹状沙丘的形态与风况关系如图11所示：穹-新区风况与形态参数均最为离散；穹-格区在稳定钝双峰下沙丘形态拉长。穹-线区（复杂）因RDP/DP值较低，形态较穹-格区更趋近于圆形。穹-线区（简单）多数沙丘的长短轴比集中于1.2~1.3，RDP/DP为0.52~0.72；而L-4、L-7和L-8等区域因RDP/DP值更低，沙丘多呈现过渡或楔状形态，反映局地风况对形态的塑造作用。

沙源供应对沙丘形态与共存格局也具有重要影响。简单穹状沙丘多形成于沙源相对贫乏的区域^［37］；而穹-线区（复杂）规模较大，则与其深入沙漠腹地、沙源供应充足密切相关。沿塔里木河自西向东（B-1至L-2区域），穹状沙丘平均底面积由264.2 m²降至118.6 m²，这可能与现代河床附近沉积物自上游至下游逐渐变细有关^［38］。此外，沙源中的盐分含量亦会影响沙丘形态，例如部分新月形沙丘在运移过程中因盐分胶结作用，落沙坡逐渐消失，向穹状沙丘演变^［39］。在靠近大型河流的区域，冲积-河流沉积物中的水分或冻结作用可显著延缓沙丘迁移与形态演化，这可能是本研究中沙丘能够稳定共存的重要条件^［7］。未来需系统量化沉积物粒度与含水率等参数，以精确揭示沙源性质的影响机制。

中国沙漠不同穹状沙丘与其他沙丘类型共存区中穹状沙丘的规模与形态存在显著分异，且均受局地风况控制。从穹状沙丘规模上看，穹状沙丘与线形沙丘共存区（复杂）最大，穹状沙丘与新月形沙丘共存区与穹状沙丘与格状沙丘共存区次之，穹状沙丘与线形沙丘共存区（简单）最小。从形态上看，穹状沙丘与新月形沙丘共存区因风向变率范围大，沙丘形态参数离散度高；穹状沙丘与线形沙丘共存区（简单、复杂）的沙丘形态更接近圆形；而穹状沙丘与格状沙丘共存区在稳定的钝双峰风况下，沙丘形态表现出显著拉长特征。

各共存区独特的局地风况特征，不仅塑造了沙丘的形态格局，也决定了其动态走向。穹状沙丘与新月形沙丘共存区表现为双峰或宽单峰风况，且风向变率范围大；穹状沙丘与线形沙丘共存区以双峰风况为主，风向变率较低；穹状沙丘与格状沙丘共存区则为中变率的钝双峰风况。上述风况差异进一步体现为沙丘走向与合成输沙方向夹角的规律性变化：在低风能、中变率环境下，绝大多数穹状沙丘长轴与合成输沙方向垂直；而当风向变率变为低或高时，二者关系可能转为平行。