第七届青年地学论坛

新月沙丘是单一流向和有限沙量条件下的产物，其形状具备吸引子特征，而其演化过程蕴含丰富的动力学机理，因此一直以来都是大尺度风沙物理学和尺度无关性颗粒两相流动力学的研究热点之一。经野外观测发现，成熟新月沙丘群的沙丘大小分布总是趋于均匀，而沙丘间的频繁碰撞是约束沙丘群特征尺度、保持集群发展稳定性的一个重要因素。然而，限于野外环境过大的时空尺度和有限的测量手段，相关机理尚未得到完全解释，而卫星图像序列分析和置换流体工质后的缩尺实验则成为有效研究手段，尤其是后者，可通过依次施加不同参数的影响来实现有序分析。本文以新月沙丘集群演化基本物理单元——双沙丘碰撞为研究对象，以水洞实验为研究手段，通过数字相机记录不同质量比条件下双色双沙丘碰撞的全过程，为沙丘碰撞模式构建两种不同的参数化表达，分别用以表征沙丘碰撞后的颗粒聚类散度（混乱度）以及上游沙丘对下游沙丘的“侵入”程度（侵蚀度）。分析结果表明：混乱度随初始质量比的增加呈现先增加后减少的非单调性趋势，这与直观认知相符；而侵蚀度则基于系统非对称性角度构建，其随质量比的增加呈现单调递减的趋势，因此可以揭示沙丘群单一特征尺度出现的内在成因。基于以上参数化分析，进一步地，本文以系统非对称性为切入点，分析上游入侵沙丘对下游受体沙丘迁移特性的影响，并且与无上游沙丘的情况进行对比，发现下游沙丘迁移特性本质上不受上游沙丘的影响，从而揭示了新月形沙丘迁移演化的内在稳定性。

新月沙丘；沙丘碰撞；混乱度；特征尺度；稳定性