沙波纹的形态演化特征

沙波纹形态简单，却又富于变化。条纹状的沙波纹，在改变风力条件时可以形成更加丰富的形态。本项目通过沙漠沙丘表面实地考察，及可控风向、风速的风洞实验，研究斑图动力学典型形态在风沙地貌系统中的体现。如探讨折射、衍射等光学现象在风沙系统中的比拟展现，搜寻准晶形态是否存在等。

在项目的资助下，通过实地测量和风洞实验，得到沙波纹生长的一般规律。得到了沙波纹中缺陷种类、数目的测量数据。成熟的风成沙波纹由各条互相平行的脊线组成，在这些周期性的条纹中，总是存在着缺陷。我们发现沙波纹的波长呈正态分布，而缺陷的数目近似服从泊松分布。计算了由于缺陷的存在，对沙波纹拓扑构形的影响情况。初步掌握了各类型缺陷的移动规律，以及它们之间的相互转换规律。在风力作用下，缺陷随着沙波纹向下游方向移动，而且不同类型的缺陷相互转换，即分叉和断头不断相互转换， 某个缺陷的移动轨迹并非直线，而是呈“S”形，并且缺陷的移动速度与其所处的类型和位置有关，并非匀速移动。. 观察了沙波纹的自修复过程。把部分沙波纹抹平，在风力作用下，新的沙波纹逐渐生成、长大且与周围未经破坏的沙波纹连接融合起来，最终消除了破坏痕迹。. 当风向改变时，沙波纹会调整方向，倾向与后一次风向垂直，而这个转变通常会抹去前一次形态的痕迹。但也有很多时候，比如说新风向的风力持续时间不足够长的情况下，两个风向形成的沙波纹可以共存。共存沙波纹的波长可以相差较大。. 因为沙丘表面有起伏，生长在上面的沙波纹受到风力的影响也是不同的，所以可以看到类似光的折射现象的行进方向（垂直于沙波纹脊线）的改变。我们测量了沙丘坡脚往上表面曲率变化较大区域的沙波纹波长和波高。与预计相似，在坡脚区域沙波纹脊线间距离短，往上间距增加。在沙丘脊线上经常有小口子，这个小风口区域的沙波纹形态变化很大，呈扇形状，类似于光学中的衍射现象。在风洞实验中，我们放置了小障碍物，观察类似衍射的现象。. 沙波纹是由风沙输运形成的。它与风沙输运有很密切的关系。我们提出了不同尺度风积地貌系统共同遵循的“最小作用力”假说，即沙颗粒会倾向于形成稳定的流线型结构，使得作用在其上的力最小化，从而给出了横向床面形态高、宽比的上限。我们研究了颗粒的横向运动，风蚀的影响，单用输沙率能否全面描述风沙输运等。沙颗粒在风沙流中不但沿着风向往下风方向传播，而且也有垂直于风向的运动。通过高速摄影，我们发现垂直运动占有很明显的比例，并且主要是由湍流运动，而非碰撞及旋转引起的。建立了雅丹磨蚀过程的物理模型，提出了“磨蚀数”概念。