科研進(jìn)展
全球高大沙山分布規(guī)律及其形成機(jī)制研究獲新進(jìn)展
沙丘是干旱區(qū)最典型的地貌景觀類型。高度超過100米的巨型沙丘廣泛分布于地球主要沙漠，在火星和土衛(wèi)六等地外天體上也有發(fā)現(xiàn)。它們記錄著區(qū)域氣候環(huán)境變化信息，也反映風(fēng)場(chǎng)與沙物質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用。 一直以來，“自然條件下，松散的沙子可以堆多高？”是人們好奇的科學(xué)問題。傳統(tǒng)觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)大氣邊界層厚度、沉積物供給等控制因素，但相關(guān)理論難以解釋沙山在全球尺度上的空間分異格局。
中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院干旱區(qū)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙暉研究員課題組，聯(lián)合加州大學(xué)洛杉磯分校、浙江大學(xué)、巴黎城市大學(xué)地球物理研究所及中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所等單位，開展了全球尺度沙山（高度≥100m）的分布與形態(tài)特征分析，并結(jié)合數(shù)值模型揭示了高大沙山的發(fā)育機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn)，全球97%以上高大沙山集中于撒哈拉沙漠與亞洲干旱區(qū)，充足沙源與強(qiáng)勁風(fēng)力是沙山發(fā)育的基礎(chǔ)條件；澳大利亞沙漠因植被覆蓋度高、輸沙量有限，而未發(fā)育沙山。全球近91%的沙山高度介于100–200米，且以星狀沙山為主，表明多向風(fēng)況更利于沙山的形成；高度超300米后以橫向沙山為主，超過400米的沙山僅有33座?？臻g上，大陸內(nèi)部沙丘場(chǎng)沙山平均高度更高且沙山密度隨沙山平均高度升高而顯著增加。
空間分布顯示，地形是沙山發(fā)育的核心控制因子。全球約48%的沙山分布在距離周圍山體100公里的范圍內(nèi)，超250米的沙山幾乎全部集中于此；越靠近山體，沙山越高、間距越小、形態(tài)越陡。分布在部分沙漠內(nèi)部深達(dá)30–70米的凹陷地形，僅占全球沙山區(qū)面積的10%，卻發(fā)育近20%的沙山和30%的高度超過300米的沙山。
數(shù)值模擬結(jié)果揭示了沙山發(fā)育的核心機(jī)制：平坦地形下沙物質(zhì)均勻分配，抑制高大沙山發(fā)育；山體、盆地等正負(fù)地形引發(fā)剪切應(yīng)力突變，增強(qiáng)沙通量匯聚與沙丘碰撞融合，加速沙丘“粗化”長(zhǎng)高。地形通過持續(xù)塑造風(fēng)場(chǎng)與沙源空間異質(zhì)性，成為高大沙山形成的關(guān)鍵動(dòng)力。
該研究系統(tǒng)厘清了全球高大沙山的分布格局與特征，突破傳統(tǒng)認(rèn)知，明確地形對(duì)大型風(fēng)積地貌的主導(dǎo)作用。成果不僅深化了對(duì)地球干旱區(qū)沙丘地貌形成過程的理解，也為地外天體風(fēng)積地貌研究提供了重要理論依據(jù)。
研究成果以Topography influences megadune distribution and morphology為題發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙暉研究員、汪克奇博士為論文的共同第一作者，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校盛永偉教授、浙江大學(xué)張德國(guó)研究員和中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所陳發(fā)虎院士為論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2531162123
全球沙山分布特征
典型邊界條件下（平沙地、正地形、負(fù)地形）沙丘演化的數(shù)值模擬
