1.中国科学院西北生态环境资源研究院 沙漠与沙漠化重点研究室，甘肃 兰州 730000
2.中国科学院大学，北京 100049
3.加州大学洛杉矶分校 地理系，美国 洛杉矶 90095
作者简介 About authors
沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型（DEM）因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来，受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定，对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部，缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究，是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象，利用研究区DEM数据和一种新的算法，研究了沙漠内两种主要类型沙丘（横向沙丘、星状沙丘）的分布规律及其形态参数特征。结果表明：沙漠内独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，高度超过350 m的巨型沙山共有53座，其中星状沙山7座，最大高度383 m；横向沙山46座，最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在现代气候和环境条件下，横向沙丘高度仍在增加，而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NW-SE。横向沙丘起沙风风向单一，沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向；星状沙丘起沙风风向略为复杂，沙丘存在多个次级轴向。
关键词：数字高程模型;巴丹吉林沙漠;沙丘形态参数;横向沙丘;星状沙丘
The morphologic characteristics of dunes are one of the important contents in the study of aeolian sand landform. Because of the excellent three-dimensional topographic expression ability, the digital elevation model (DEM) has been widely applied in the study of dune morphology. However, due to the constraints of traffic conditions and research methods, studies on dune morphology in the Badain Jaran Desert mostly focus on compound transverse dunes at the southeast margin of the desert. There is a lack of systematic cognition of the morphological characteristics and distribution of different dunes in the desert, but the study of morphologic characteristics of all the dunes in the desert is an important part of the study of formation and evolution of regional aeolian sand landform. In this paper, all the independent dunes in the Badain Jaran Desert are taken as the research object. DEM data and a new algorithm were used to systematically study the morphological characteristics and distribution of two types of dunes in the desert. The results show that there are about 6 033 independent dunes in the desert, with the height ranging from 9m to 433 m. There are 53 dunes whose height over 350m. Among them, there are 7star dunes with a maximum height 373 m and 46 transverse dunes with a maximum height 433 m. There are 602 sample dunes selected to analyze their morphological parameter. The linear correlations between the height and equivalent sand thickness of transverse dunes indicate that the height of transverse dunes is still increasing, and the logarithmic function relation between equivalent sand thickness and the height of star dunes shows that the height growth of star dunes is slowing down. The main axis of the two types of dunes is mostly perpendicular to the dominant wind direction of the desert, NW-SE. The threshold wind direction of transverse dunes is single, and transverse dunes’ orientation is mainly NE-SW and NNE-SSW. The threshold wind direction of star dunes is complex, and there are several secondary dune axe directions of star dunes.
Keywords：digital elevation model;Badain Jaran Desert;dune morphological parameter;transverse dunes;star dunes
本文引用格式
图1研究区位置及采样示意图
Fig.1Location and sampling of the study area
P3:简单金字塔沙丘。P3区位于沙漠西南端，区内沙丘以简单金字塔沙丘为主，沙丘有从中央辐射向四周的沙臂。
P4:复合型横向沙山。P4区以高度超过100 m的复合型横向沙山为主，同时分布有少量新月形沙丘和网状沙丘。相比于P1区复合型横向沙山而言，P4区的复合型横向沙山较为矮小，影像上接近于线性沙垄，但由于其只有一个垂直于主风向的落沙坡，仍将其划分为横向沙山。
P5:简单横向沙丘。P5区位于沙漠西北部，区内以低矮的新月形沙丘和沙丘链为主，同时分布有少量的网状沙丘。
P6:复合金字塔沙丘。P6区位于巴丹吉林沙漠东北部，区内沙丘类型和P2区沙丘类型一样，均为复合金字塔沙丘。
图2沙丘形态参数示意图
A：横向沙丘D1（102°36′51″E、39°51′13″N），沙丘高度424 m，为样本沙丘内最高的横向沙丘；B：星状沙丘D336（102°25′12″E、39°39′57″N），沙丘高度365 m，为样本沙丘内最高的星状沙丘；研究中勾绘沙丘边界时等高距设为1 m，出图时为了显示效果，等高距设为45 m
Fig.2Schematic diagram of dune morphological parameters
为了获得比较准确的沙丘边界范围，本研究主要借助DEM数据来进行单个沙丘的区分，同时利用遥感影像进行沙丘区分结果的辅助验证。具体过程如下：首先利用DEM数据提取出目标沙丘周围的所有底点，同时利用DEM数据生成目标沙丘以1 m为等高距的等高线；随后以目标沙丘周围任一底点为起点，沿着相邻两座沙丘最低等高线间形成的鞍部正中勾绘沙丘边界，沙丘边界穿过沙丘周围所有底点并回到起始底点，这样得到的闭合曲线即为沙丘的边界范围。最后利用遥感影像辅助验证沙丘边界勾绘的合理性。
本文在进行单个沙丘划分时复合型沙山或沙丘链被视为一座独立的沙丘，参数计算时不考虑复合型沙山上的次生沙丘或组成沙丘链的小沙丘。
式中：V为沙丘体积，单位为m3；S为沙丘底面积，单位为m2。
首先根据2.2.1中方法将目标沙丘从沙丘群中分离出来，随后利用ArcGIS软件的Surface Volume工具计算目标沙丘的体积和底面积，最后依据公式（1）计算EST。
图3沙丘高度直方图与概率密度曲线
Fig.3Histogram and probability density curve of dune height
图4巴丹吉林沙漠沙丘高度分布
Fig.4Distribution of dune height in the Badain Jaran Desert
图5沙丘形态参数箱线图
Fig.5Boxplot of dune morphological parameters
Table 1 Correlation analysis of dune morphological parameters
图6沙丘形态参数间的回归分析
Fig.6Regression analysis of dune morphological parameters
图71994—1996年沙漠周围各气象站点年输沙势
Fig.7The annual drift potential at meteorological stations around the desert in 1994-1996
图8沙丘轴向玫瑰图
图中大箭头表示起沙风主风向，小箭头表示起沙风次级风向
Fig.8Rose diagrams of dune axis orientation
巴丹吉林沙漠独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，其中高度超过350 m的巨型沙山共有53座，分别为星状沙山7座，最大高度为383 m，横向沙山46座，最大高度为433 m，整体来看，沙丘高度从沙漠腹地向沙漠边缘逐渐降低。
不论是横向沙丘还是星状沙丘，沙丘间距与沙丘高度、沙丘间距与等效沙丘厚度均表现为线性正相关关系；横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在降雨逐渐增加、风强逐渐减弱的现代气候条件下，沙漠内复合型横向沙山还在不断的变高、变大；星状沙丘的高度发育已经趋缓，从现有数据来看分布在沙漠东南部边缘雅布赖山和北大山山前地区的复合金字塔沙丘，极限高度大概为383 m。
从起沙风风向和沙丘走向的关系来看，起沙风风向控制沙丘走向，研究区内横向沙丘起沙风风向单一，沙丘走向集中在NE-SW和NNE-SSW方向，星状沙丘起沙风风向复杂，沙丘走向存在多个次级轴向。
国外沙丘研究综述
DEM-based morphometry of large-scale sand dune patterns in the Grand Erg Oriental (Northern Sahara Desert,Africa)
沙丘地貌形态监测与模拟研究进展
Vegetation against dune mobility
Geomorphology of the megadunes in the Badain Jaran Desert
巴丹吉林沙漠沙丘形态与风动力关系的初步研究
全球高分辨率数字高程模型研究进展与展望
基于DEM和ETM的腾格里沙漠北缘沙丘形态特征提取
基于SRTM-DEM和TM的流动沙丘提取方法研究
巴丹吉林沙漠东南部典型高大沙丘形态参数分析
近3万年来巴丹吉林沙漠的景观发育与雨量变化
巴丹吉林沙漠横向沙山的研究现状与问题
巴丹吉林沙漠形成演变的若干问题
巴丹吉林沙漠包气带Cl-示踪与气候记录研究
巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件
巴丹吉林沙漠北部风沙地貌形态类型的分区研究
Wind regime and sand transport in China’s Badain Jaran Desert
巴丹吉林沙漠腹地降水特征的初步分析
巴丹吉林沙漠湖泊和地下水补给机制
Digital elevation models
塔克拉玛干沙漠成因的探讨
《巴丹吉林高大沙山典型区景观图》的编制研究
基于地貌学原理的巴丹吉林沙漠金字塔沙丘形态和形成过程的研究
Dune forms and winds regime
不同下垫面近地层风速廓线特征
巴丹吉林沙漠高大沙山的内部结构及形成过程研究
Geomorphological hierarchies for complex mega-dunes and their implications for mega-dune evolution in the Badain Jaran Desert
General characteristics of temperature variation in China during the last two millennia
Does evaporation paradox exist in China?
Optical dating reveals that the height of Earth’s tallest megadunes in the Badain Jaran Desert of NW China is increasing
Changes in near-surface wind speed in China:1969-2005