人工推平地表砾波纹形成与演化

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00128

摘要/Abstract

摘要：

砾波纹是由双峰型粒度沉积物组成的风成地貌，在地球和火星广泛分布。由于以往研究未将砾波纹演化过程与动力作用关联，为探究形态演变与动力关系，本研究推平三垄沙地区典型砾波纹区域，通过野外原位观测其演化过程，获取三维地形数据，并分析形态变化、移动规律与风况关系。结果显示：演化初期形成91条砾波纹，平均长度为1.09 m，平均高度为0.06 m。移速不同的砾波纹融合后，数目减少、长度增加、整体移速减缓、间距增大，约9个月恢复至成熟，随后大风天气使砾波纹分解，数目增至原来4倍，长度缩为原来1/4，脊线数量进一步增加，砾波纹经历断裂、重新形成再发育的过程。本研究通过原位观测，弥补以往研究因设备和技术限制的不足，揭示了平坦地表砾波纹形成和演化过程，对深入认识其动力学过程具有重要意义，同时对理解火星巨型波纹和横向沙脊等风沙地貌也有重要参考意义。

关键词: 砾波纹, 形成与演化, 形态参数, 移动速率, 风况

Abstract:

Granule ripples are aeolian landforms composed of bimodal grain-sized sediments and are widely distributed on Earth and Mars. Since previous studies have not correlated the evolution process of granule ripples with dynamic forces， in order to explore the relationship between morphological evolution and dynamics， this study flattened a typical granule ripple area in the Sanlongsha region. Through in-situ field observation of its evolution process， three-dimensional topographic data were obtained， and the relationships among morphological changes， movement patterns， and wind conditions were analyzed. The results show that 91 granule ripples were formed in the early stage of evolution， with an average length of 1.09 m and an average height of 0.06 m. After the fusion of granule ripples with different movement speeds， the number decreased， the length increased， the overall movement speed slowed down， and the spacing increased. They returned to a mature state in about nine months. Subsequently， gale weather caused the granule ripples to decompose. The number increased to four times the original， the length shrank to 1/4 of the original， the number of ridge lines further increased， and the granule ripples underwent processes of fracture， re-formation， and then re-merging. Through in-situ observation， this study makes up for the deficiencies of previous studies due to equipment and technical limitations. It reveals the formation and evolution process of granule ripples on flat surfaces， which is of great significance for in-depth understanding of their dynamic processes. At the same time， it also provides important references for understanding aeolian landforms such as giant ripples and transverse sand ridges on Mars.

Key words: granule ripple, formation and evolution, morphological parameters, movement velocity, wind conditions

中图分类号:

P931.3

孟雨萱, 钱广强, 杨转玲, 邢学刚, 潘凯佳, 郭酉元. 人工推平地表砾波纹形成与演化[J]. 中国沙漠, 2026, 46(2): 53-62.

Yuxuan Meng, Guangqiang Qian, Zhuanling Yang, Xuegang Xing, Kaijia Pan, Youyuan Guo. Formation and evolution of granule ripples on an artificial flattening surface[J]. Journal of Desert Research, 2026, 46(2): 53-62.

图/表 9

图1 研究区以及测风站点位置（A.研究区卫星影像；B. 典型砾波纹分布区无人机航拍正射影像（100 m×100 m）；C. 无人机航拍正射影像（15 m×15 m））

Fig.1 Location of the study area and the wind measurement station. A. 4D earth observation satellite imagery， B. High-resolution unmanned aerial vehicle （UAV） survey of granule ripples （100 m×100 m）， C. High-resolution unmanned aerial vehicle （UAV） survey of granule ripples （15 m×15 m）

图2 历次观测获取的砾波纹数字正射影像和数字地表模型

Fig.2 Granule ripples Digital Orthophoto Maps （DOM） and Digital Surface Models （DSM）

表1 砾波纹的形态参数

Table 1 The morphological data of granule ripples

观测日期	脊线数目/条	脊线长度/m	间距/m	脊线走向/(°)	平均高度/m	曲度
2021-09-25	67	1.47	1.14	111.3	0.13	1.05
2021-12-11	91	1.09	0.39	95.2	0.06	1.07
2022-06-03	13	5.24	2.53	123.5	0.09	1.04
2022-07-05	49	1.24	1.03	100.2	0.09	1.04
2022-07-08	63	1.10	1.65	112.7	0.11	1.07
2023-02-08	36	2.96	2.56	99.1	0.19	1.04
2023-07-23	83	1.27	0.74	108.4	0.12	1.07
2023-10-14	28	3.36	1.12	99.3	0.13	1.09

表2 对照区砾波纹的形态参数

Table 2 The morphological data of granule ripples in the control area

观测日期	脊线数目/条	脊线长度/m	间距/m	脊线走向/(°)	平均高度/m	曲度
2021-12-11	53	1.74	0.59	98.8	0.09	1.21
2022-06-03	6	7.99	3.42	132.0	0.17	1.02
2022-07-05	37	1.59	1.39	98.9	0.16	1.06
2022-07-08	45	1.63	2.62	114.6	0.13	1.14
2023-02-08	20	3.33	2.64	109.8	0.22	1.00
2023-07-23	48	1.59	0.76	111.2	0.13	1.05
2023-10-14	21	3.68	1.13	99.6	0.13	1.12

图3 砾波纹脊线的合并与移动

Fig.3 Merging and migration of granule ripples crest lines

图4 历次观测砾波纹脊线形态与分布变化

Fig.4 Changes in the morphology and distribution of granule ripples crest lines from previous observations

图5 移动速度随着砾波纹高度的变化以及分布特征

Fig.5 Variation and distribution characteristics of migration speed with granule ripples height

图6 观测时段输沙势特征

Fig.6 Wind rose showing the characteristics and changes of drift potential during the observation period

表3 历次观测期间平均风速与大风特征统计

Table 3 Statistics of average wind speed and strong wind characteristics during historical observation periods

时段	平均风速/（m·s^-1）	起沙风平均风速/（m·s^-1）	起沙风占比	大风占比	极大风占比
P1	3.57	8.76	0.17	0.098	0.018
P2	4.07	8.35	0.23	0.028	0.001
P3	5.25	7.55	0.39	0.022	0.000
P4	5.41	9.78	0.58	0.080	0.077
P5	3.57	8.45	0.18	0.044	0.007
P6	4.17	8.53	0.26	0.060	0.011
P7	4.72	8.04	0.33	0.025	0.001

参考文献 34

[1]	Sharp R P.Wind ripples［J］.Journal of Geology，1963，71：617-636.
[2]	王鹏.贴地表风沙输运及沙波纹形成演化机理研究［D］.兰州：兰州大学，2020.
[3]	董治宝，苏志珠，钱广强，等.库姆塔格沙漠风沙地貌［M］.北京：科学出版社，2011.
[4]	董治宝，吕萍，李超，等.火星独特风沙地貌之横向沙脊［J］.地球科学进展，2020，35（7）：661-677.
[5]	Lancaster N.Geomorphology of Desert Dunes［M］.London，UK：Routledge，2023.
[6]	Bagnold R A.The Physics of Blown Sand and Desert Dunes［M］.London，UK：Methuen，1941.
[7]	Ellwood J M， Evans P D， Wilson I G.Small scale aeolian bed‐forms［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1975，45：554-561.
[8]	Yizhaq H， Katra I.Morphology and dynamics of aeolian mega-ripples in Nahal Kasuy，southern Israel［J］.Israel Journal of Earth Sciences，2009，57：149-165.
[9]	Zimbelman R J， Irwin P R， Williams H S，et al.The rate of granule ripple movement on Earth and Mars［J］.Icarus，2009，203（1）：71-76.
[10]	Fryberger S G， Hesp P， Hastings K.Aeolian granule ripple deposits，Namibia［J］.Sedimentology，1992，39（2）：319-331.
[11]	Mountney P N， Russell J A.Sedimentology of cold-climate aeolian sandsheet deposits in the Askja region of Northeast Iceland［J］.Sedimentary Geology，2003，166（3）：223-244.
[12]	周坤，韩庆杰，屈建军，等.颗粒波纹粒度特征：以敦煌雅丹、三垄沙和托克逊地区为例［J］.中国沙漠，2025，45（1）：44-54.
[13]	王利杰，肖锋军，董治宝，等.柴达木盆地巨型沙波纹条带表层沉积物粒度和地球化学元素组成特征［J］.干旱区地理，2023，46（11）：1826-1835.
[14]	Qian G， Yang Z， Xing X，et al.Seasonal morphological evolution and migration of granule ripples in the Sanlongsha Dune Field，northern Kumtagh Sand Sea，China［J］.Geomorphology，2024，444：108951.
[15]	郭酉元，钱广强，杨转玲，等.库姆塔格沙漠三垄沙地区砾波纹形态、粒度及环境风况［J］.中国沙漠，2024，44（4）：37-45.
[16]	钱广强，杨转玲，邢学刚，等.砾波纹地表风沙颗粒蠕移特征及其地貌学意义［J］.中国沙漠，2024，44（6）：287-298.
[17]	Katra I， Yizhaq H， Kok F J.Mechanisms limiting the growth of aeolian megaripples［J］.Geophysical Research Letters，2014，41（3）：858-865.
[18]	杨转玲，钱广强，邢学刚，等.库姆塔格沙漠北部三垄沙地区砾波纹形态和表面流场［J］.中国沙漠，2025，45（2）：225-235.
[19]	Foroutan M， Zimbelman J.Mega-ripples in Iran：a new analog for transverse aeolian ridges on Mars［J］.Icarus，2016，274：99-105.
[20]	Silvestro S， Chojnacki M， Vaz A D，et al.Megaripple migration on Mars［J］.Journal of Geophysical Research：Planets，2020，125（8）：006446.
[21]	俄有浩，苏志珠，王继和，等.库姆塔格沙漠综合科学考察成果初报［J］.中国沙漠，2006，26（5）：693-697.
[22]	王继和，廖空太，俄有浩，等.库姆塔格沙漠综合科学考察的初步结果［J］.甘肃科技，2005（10）：14-16.
[23]	徐志伟，鹿化煜，赵存法，等.库姆塔格沙漠地表物质组成、来源和风化过程［J］.地理学报，2010，65（1）：53-64.
[24]	余小龙，胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景［J］.测绘通报，2007（10）：39-41.
[25]	金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况［J］.遥感信息，2009（1）：88-92.
[26]	Fryberger S G.Dune forms and wind regime［M］//Mckee E D.A Study of Global Sand Seas.Washington，USA：U.S.Goverment Printing Office，1979.
[27]	Wang L， Xiao F， Dong Z，et al.Megaripple stripes in the Qaidam Basin，China：morphology，grain size and sedimentary characteristics［J］.Geomorphology，2024，461：109301.
[28]	Kocurek G， Ewing C R.Aeolian dune field self-organization：implications for the formation of simple versus complex dune-field patterns［J］.Geomorphology，2005，72（1/2）：94-105.
[29]	伊力哈木·伊马木，李菊艳，玉米提·吾提库尔，等.起沙风速的观测方式及其影响因素研究综述［J］.中国水土保持，2021（5）：42-44.
[30]	Isenberg O， Yizhaq H， Tsoar H，et al.Megaripple flattening due to strong winds［J］.Geomorphology，2011，131（3/4）：69-84.
[31]	梁爱民，屈建军，董治宝，等.库姆塔格沙漠沉积物粒度端元特征及其物源启示［J］.中国沙漠，2020，40（2）：33-42.
[32]	Zimbelman R J， Foroutan M.Dingo Gap：curiosity went up a small transverse aeolian ridge and came down a megaripple［J］.Journal of Geophysical Research-Planets，2020，125（12）：006489.
[33]	Yizhaq H， Katra I.Longevity of aeolian megaripples［J］.Earth and Planetary Science Letters，2015，422：28-32.
[34]	Lämmel M， Meiwald A， Yizhaq H，et al.Aeolian sand sorting and megaripple formation［J］.Nature Physics，2018，14（7）：759-765.