马轩|牛振民|吴晓兰|何国军|苏先宝
宁夏大学地理与规划学院，中国宁夏银川750021
摘要
相对高度是沙丘地形的关键指标，而地形障碍对其有着显著影响；然而，对地形障碍效应的定量评估仍有待改进。本研究选择了三个不同的沙漠作为研究区域。利用数字地形数据计算了包括相对沙丘高度、横向距离、纵向距离和山脊高度在内的地形指标。研究结果表明：（1）地形障碍控制着沙丘的相对高度上限；（2）在马塔塔格地区，山脊高度与沙丘相对高度之间存在线性关系，斜率约为0.93。存在一个影响沙丘发育的有效山脊高度范围。横向距离与沙丘相对高度之间的关系符合正态分布密度函数的形态。当沙丘完全发育时，纵向距离与沙丘相对高度之间的关系遵循负指数函数；当沙丘发育不完全时，其关系符合Burr分布。各种因素对沙丘相对高度的影响可以归纳为山高效应、横向距离效应和纵向距离效应；（3）可以利用沙丘相对高度作为阈值（在马塔塔格地区为37米以上）来划定地形障碍对沙丘高度的影响范围，且该影响边界是横向距离和山脊高度的函数。本研究能够定量评估地形障碍效应的强度和范围，也可用于具有复杂起源的沙丘的定量分析。
引言
许多因素调节着沙丘的形成和演变，包括沙源供应、风场状况、植被覆盖和气候条件（Bagnold, 1973; Zhu et al., 1980; Wang et al., 2004; Lancaster, 2005; Pye and Tsoar, 2009）。作为调节沙丘形成和演变的关键因素，地形至今在学术讨论中尚未得到充分关注（Lorenz and Zimbelman, 2014; Wang et al., 2022）。地形对沙丘演变的影响主要体现在以下几个方面：（1）地形改变局部风场状况，从而影响沙丘类型的演变轨迹（Li et al., 2016）。例如，复合型横向巨型沙丘主要形成于巴丹吉林沙漠的内陆地区，而在山麓地带，复杂的风向变化则导致复杂星形巨型沙丘的形成（Dong et al., 2004）。对于受雅丹地貌控制的沙丘，在雅丹地貌和沙丘共存的区域，雅丹地貌起到地形障碍的作用。在单个雅丹地貌或雅丹地貌群的影响下，风场和沙粒输送动态变得更加复杂，从而形成多样的沙丘形态（Xu et al., 2024）；（2）地形调节风成沙的堆积过程，形成独特的沙丘形态。上升沙丘和下降沙丘是典型的形态类型，它们是在地形约束下风成沙堆积的结果（Al-Enezi et al., 2008; Rodríguez-Santalla et al., 2025; Lorenz and Zimbelman, 2014）。（3）地形影响沙丘的规模（Lorenz and Zimbelman, 2014）。沙丘规模的多种地形指标（如高度、长度、宽度）可以表征沙丘形态的发育程度，这些指标之间存在一定的线性关系（Zhu et al., 1964; Warren, 2013）。沙丘高度是描述沙丘规模的代表性指标。以沙丘高度为例，地形对沙丘规模的影响可分为两种类型：一种是山体作为底层地形直接增加沙丘高度——一些学者采用这一观点来解释巨型沙丘的形成机制（Tan, 1964; Lou, 1962; Sun and Sun, 1964）。基于重力调查的研究证实了巴丹吉林沙漠底层地形的这一现象（Yang et al., 2011）。另一种是山体通过地形障碍效应间接影响沙丘高度。一些学者观察到地形障碍可以促进风成沙的堆积，从而增加沙丘高度（Pye and Tsoar, 2009）。也有观点认为这一机制是巨型沙丘形成的重要因素（Wang, 1990; Bai, 2011）。
目前，地形影响沙丘类型的机制和方式已经相对清楚。就地形对沙丘规模的影响而言，底层地形直接增加沙丘高度的机制较为直接。然而，地形障碍对沙丘高度的间接影响更为复杂——其范围、特征、模式和机制尚不明确，需要进一步深入研究。随着数字地形数据的发展和数字地形分析方法的应用，大规模和精细提取与沙丘相关地形指标的条件已经成熟。本研究选择了三个具有山体-沙丘相互作用的区域作为研究区域：中国塔克拉玛干沙漠的马塔塔格山脉及其山麓沙丘区、阿富汗的雷吉斯坦沙漠和利比亚的伊德汉-穆尔祖克沙漠。采用数字地形分析方法提取地形指标，并建立描述地形障碍对相对沙丘高度影响的统计模型，以定量和精细地探讨地形障碍效应下相对沙丘高度的特征和内在规律。本研究不仅丰富了关于地形对风成沙堆积过程定量调控的现有成果，还为具有复杂起源的沙丘（如巴丹吉林沙漠中的世界最高沙丘）的相对高度定量分析提供了参考。
研究区域
伊德汉-穆尔祖克沙漠位于利比亚西南部，深陷撒哈拉沙漠的内陆地区，地理范围大约在北纬23°–26°30′、东经11°–14°30′之间（图1a）。该沙漠主体位于穆尔祖克盆地内，拥有多样化的沙丘类型。周围环绕着提贝斯蒂山脉和霍加尔山脉等山脉，海拔高度约为379至1334米。该地区具有热带沙漠气候，以强烈的风成作用为特征
风速和风向
本研究使用的数据来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的Copernicus气候数据存储库（CDS）发布的ERA5 hourly数据集，时间跨度为1940年至今（访问链接：https://cds.climat.copernicus.eu/datasets/reanalysis-era5-single-levels?tab=overview）。通过分析该数据集中10米高度的UV风矢量数据，确定了每个研究区域的盛行风向。（1）基于完整风数据的风向玫瑰图：对于马塔塔格山脉及其山麓沙丘区（图4a），风场较为简单，风向集中。合成风向为79°，平均日风速为2.53米/秒，最大日风速为9.73米/秒。对于雷吉斯坦沙漠（图4b），风场同样简单且集中
结论
关于在简单风场条件下、简单环境因素影响下以及山脊高度有效范围内，地形障碍对山麓沙丘相对高度的影响，本研究的主要结论如下：
（1）地形障碍控制着山麓沙丘的相对高度上限，山脊高度、横向距离和纵向距离被确定为影响沙丘相对高度的三个主要因素
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
