沙丘是干旱区最典型的地貌景观类型。高度超过100米的巨型沙丘广泛分布于地球主要沙漠，在火星和土卫六等地外天体上也有发现。它们记录着区域气候环境变化信息，也反映风场与沙物质之间复杂的相互作用。 一直以来，“自然条件下，松散的沙子可以堆多高？”是人们好奇的科学问题。传统观点强调大气边界层厚度、沉积物供给等控制因素，但相关理论难以解释沙山在全球尺度上的空间分异格局。

中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室赵晖研究员课题组，联合加州大学洛杉矶分校、浙江大学、巴黎城市大学地球物理研究所及中国科学院青藏高原研究所等单位，开展了全球尺度沙山（高度≥100m）的分布与形态特征分析，并结合数值模型揭示了高大沙山的发育机制。

研究发现，全球97%以上高大沙山集中于撒哈拉沙漠与亚洲干旱区，充足沙源与强劲风力是沙山发育的基础条件；澳大利亚沙漠因植被覆盖度高、输沙量有限，而未发育沙山。全球近91%的沙山高度介于100–200米，且以星状沙山为主，表明多向风况更利于沙山的形成；高度超300米后以横向沙山为主，超过400米的沙山仅有33座。空间上，大陆内部沙丘场沙山平均高度更高且沙山密度随沙山平均高度升高而显著增加。

空间分布显示，地形是沙山发育的核心控制因子。全球约48%的沙山分布在距离周围山体100公里的范围内，超250米的沙山几乎全部集中于此；越靠近山体，沙山越高、间距越小、形态越陡。分布在部分沙漠内部深达30–70米的凹陷地形，仅占全球沙山区面积的10%，却发育近20%的沙山和30%的高度超过300米的沙山。

数值模拟结果揭示了沙山发育的核心机制：平坦地形下沙物质均匀分配，抑制高大沙山发育；山体、盆地等正负地形引发剪切应力突变，增强沙通量汇聚与沙丘碰撞融合，加速沙丘“粗化”长高。地形通过持续塑造风场与沙源空间异质性，成为高大沙山形成的关键动力。

该研究系统厘清了全球高大沙山的分布格局与特征，突破传统认知，明确地形对大型风积地貌的主导作用。成果不仅深化了对地球干旱区沙丘地貌形成过程的理解，也为地外天体风积地貌研究提供了重要理论依据。

研究成果以Topography influences megadune distribution and morphology为题发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。中国科学院西北生态环境资源研究院赵晖研究员、汪克奇博士为论文的共同第一作者，美国加州大学洛杉矶分校盛永伟教授、浙江大学张德国研究员和中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2531162123

全球沙山分布特征

典型边界条件下（平沙地、正地形、负地形）沙丘演化的数值模拟