When barchan dunes move over craters
研究亚水下波浪丘在陨石坑上移动的机制及影响因素，提出尺寸比和斯托克斯数分类图用于预测其行为。
2025-11-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Morphodynamics of barchan-barchan interactions investigated at the grain scale
新月形沙丘的大小选择，被称为barchans，通常在水，空气和其他行星环境中发现。羊栖菜的生长是由流体流动和颗粒床之间的相互作用引起的，但它们的大小调节涉及田间不同羊栖菜之间的复杂交换。一个尺寸调节机制是附近沙丘之间的二元相互作用，当两个沙丘通过近流场或直接接触（碰撞）交换质量时。在最近的一封信（阿西斯和富兰克林，地球物理学。Res. Lett.，2020），我们确定了五种不同的模式产生的二元相互作用的水下barchans，并提出了分类地图。在本文中，我们进一步探讨了二元交换通过调查的运动，个别颗粒，而barchans相互作用。实验在水槽中进行，在对齐和偏离中心的配置对barchans的演变记录了传统和高速摄像机。基于图像处理，我们得到了沙丘的形态和颗粒的运动的所有相互作用模式。我们提出了单个颗粒的轨迹，从中我们显示了移动颗粒的起源和目的地，以及它们的典型长度和速度。我们还表明，从影响沙丘蔓延的颗粒与扩散样组件在目标新月形，我们提出了一个扩散长度。我们的研究结果提供了新的见解，在地球和其他行星上发现的barchans和barchanoid形式的大小调节机制。
2021-08-04 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Evolution of barchan dune interactions investigated by a downscaled water tunnel experiment: the temporal characteristics and a soliton-like behavior
通过缩尺水洞实验，研究了双沙丘相互作用系统的时间特性，以及当两沙丘初始质量比较大时，沙丘相互作用的新模式。这些主题是有用的沙丘相互作用系统的全面理解，但很少涉及到以前。定义了沙丘相互作用下的周转时间尺度，发现其时间平均值与初始质量比之间存在非单调关系。一个非单调的关系也被发现之间的凸度的下游沙丘尖端和初始质量比。上述两条非单调曲线的稳定点对应于同一种沙丘相互作用模式，即交换-追逐模式，这在沙丘相互作用分类图中是必不可少的。上游沙丘充当流体流动和下游沙丘之间的能量传递器。当下游沙丘变大时，会出现类似孤子的行为，其中一个小沙丘从下游沙丘尖端脱离，并在没有质量交换的情况下被上游沙丘通过。研究发现，这种瞬态孤子的活动性与沙丘的初始间距呈负相关，与沙丘的初始质量比呈正相关。
2022-03-18 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Origins of barchan dune asymmetry: insights from numerical simulations
新月形沙丘形成于单向风和低沙可用性的地区，通常呈现不对称的形状，一个分支延伸到顺风。几个因素已被确定为地球和火星新月形沙丘不对称的潜在原因：不对称的双峰风况，地形，流入不对称和沙丘碰撞。然而，动态和潜在范围的新月形形态下出现的每一个特定的情况下，导致沙丘的不对称性是远远没有被理解。在目前的工作中，我们使用沙丘模拟，以调查的形成和演变的不对称barchans。我们发现，当一次风和二次风之间的辐散角大于$90^{\circ}$时，双峰风场会导致边缘延伸，而当二次风和一次风之间的输送率之比大于25%时，延伸的边缘会演变成自沙丘。在恒定风向条件下的倾斜表面上沙丘形成的计算也导致新月形的不对称性，但是单独从表面倾斜没有得到seif沙丘。沿倾斜地表迁移的不对称新月体横向迁移，横向迁移速度与地形坡度成正比。当新月形新月形新月此外，短暂的不对称新月形延伸的肢体也出现在沙丘之间的碰撞或由于不对称的流入。我们的研究结果可以用于定量推断当地的风制度或空间异质性的行星沙丘领域托管不对称barchans的运输条件。
2013-12-02 cond-mat.soft physics.geo-ph
Evolving dunes under flow reversals: from an initial heap toward an inverted dune
该研究结合二维水槽实验与 Euler-Lagrange 三维模拟，揭示流向反转时沙丘从初始沙堆演化为倒置沙丘的颗粒运动与时间尺度规律。
2025-05-10 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Grain-scale computations of barchan dunes
新月形沙丘通常在不同的环境和规模中发现：从水下10厘米长的新月形沙丘到火星上1公里长的新月形沙丘，经过地球沙漠上100米长的沙丘。虽然在自然界中普遍存在，但缺乏对这些底形的生长和演化的粒度尺度计算。在本文中，我们调查的值的颗粒特性（系数的滑动摩擦，滚动摩擦和恢复）进行数值模拟的水下barchans与CFD-DEM（计算流体动力学-离散元方法），以及如何改变这些系数的值barchan动态。采用大涡模拟（大涡模拟）方法，改变离散元中的滑动摩擦系数、滚动摩擦系数和恢复系数，并与实验结果进行比较。我们展示：（i）对于玻璃球的情况，用于正确获得沙丘形态、时间尺度、单个颗粒的轨迹和颗粒所经历的力的系数值;（ii）LES网格允许在捕获流体流动的主要扰动的同时计算推移质;（iii）不同的系数值如何影响沙丘的形态;以及（iv）具有较高滚动摩擦系数的球体可用于模拟由角状晶粒组成的新月形。我们的研究结果代表了执行模拟的重要一步，同时捕获流体流动（大漩涡）和颗粒运动（单个颗粒）的细节。
2022-12-06 cond-mat.soft physics.flu-dyn physics.geo-ph
Barchans interacting with dune-size obstacles: details of the fluid flow and motion of grains
本研究采用颗粒尺度数值模拟，揭示水下新月形沙丘遇沙丘尺度障碍物时颗粒越过、绕过或被困的流体机制及颗粒受力规律。
2025-06-14 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Detection and tracking of barchan dunes using Artificial Intelligence
针对以往AI方法无法识别相互作用的新月形沙丘群的问题，研究用受控实验及地火卫星图像训练神经网络，首次实现不同环境下多类型图像中相互作用沙丘的检测追踪，准确率超70%，推动沙丘自动监测发展。
2024-08-14 physics.geo-ph
Modeling the large-scale structure of a barchan dune field
在自然界中，新月形沙丘通常作为较大区域的成员而存在，这些区域显示出引人注目的神秘结构，这些结构无法通过检查单个沙丘尺度上的动力学或诉诸外部强迫模式来解释。为了探索观察到的结构作为许多沙丘相互作用的集体结果而自发出现的可能性，我们建立了一个数值模型，该模型将barchans视为离散实体，这些实体根据理论和数值工作以及实地观察得出的简化规则相互作用：（1）沙丘通过从沙丘下风侧泄漏并在其上游侧被捕获的通量交换沙子;（2）当沙丘变得足够大时，小沙丘在它们的下风侧诞生（“崩解”）;（3）当沙丘足够直接地碰撞时，它们合并。结果表明，这些相对简单的相互作用提供了潜在的解释，一系列领域规模的现象，包括孤立的补丁沙丘和异构的安排，类似大小的沙丘在密集的领域。结果还表明：（1）沙丘场特征取决于输入到迎风边界的沙通量，尽管（2）顺风移动，系统接近一个共同的吸引状态，其中迎风条件的记忆消失。这项工作支持这一假设，即产犊场规模的现象施加一阶控制，它可以防止个别沙丘增长没有约束，单沙丘分析表明，并允许形成大致现实的，持久的沙丘场模式。
2013-07-12 cond-mat.soft physics.geo-ph
A comprehensive picture for binary interactions of subaqueous barchans
我们实验研究了两个水下barchans之间发生的短程相互作用。实验是在一个透明材料的水槽中进行的，在水槽中倒入受控的谷物，并在顶部放置一个相机来获取床型的图像。我们改变了颗粒类型（直径、密度和圆度）、堆质量、横向距离、水流速和初始条件。其结果是，五种不同的模式被确定为对齐和偏离中心的配置，我们提出了相互作用的地图，基本上取决于每个沙丘，盾牌数和对齐的barchans的颗粒的数量之间的比率。此外，我们的实验表明，喷射新月形有大致相同的质量的影响之一，在某些情况下，并在唤醒为主的过程中，下游沙丘的不对称性是大的。目前的结果揭示了在地球和其他行星上发现的barchans的大小调节。
2020-09-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
When dunes move together, structure of deserts emerges
新月形新月形沙丘是一种高度流动的沙丘，通常作为沙丘的原型。虽然理论上已经证明，当单独考虑时，它们是不稳定的，但众所周知，它们在沙漠中形成大的集合体。沙丘的碰撞被认为是一种重新分配沙丘之间的沙子和防止形成巨大沙丘的机制，在密集新月形沙丘领域的背景下产生稳定作用。然而，没有模型能够解释在沙漠中观察到的沙丘的空间结构。在这里，我们使用一个基于代理的模型，在碰撞过程中的沙子重新分配的基本规则，以访问非常大的新月形沙丘领域的全部动态。因此，出现了稳定的、脱离平衡态的状态。触发沙丘场密度由砂负载/损失比，我们表明，大沙丘场表现出两个渐近制度：稀释制度，其中沙丘成核需要保持沙丘场，和一个密集的制度，沙丘碰撞允许稳定整个沙丘场。在这种密集的状态下，空间结构形成：沙丘场被构造成沿风向延伸的狭窄沙丘走廊，正如在密集的新月形沙漠中所观察到的那样。
2012-11-30 cond-mat.other nlin.AO physics.geo-ph
Reproducing size distributions of swarms of barchan dunes on Mars and Earth using a mean-field model
我们采用平均场模型迁移新月形沙丘之间的相互作用，CAFE模型，其中包括自发产犊，聚集，破碎，和质量交换，产生一个稳态的大小分布，可以解决不同的选择的相互作用参数。CAFE模型适用于经验测量的分布沙丘的大小在两个新月形群在北绕极区的火星，三个群在摩洛哥，一个在毛里塔尼亚，每个包含超过1000 bedforms。当床型的大小在每个区域的平均大小重新缩放两个吸引子状态出现，与塔尔法亚区都显示一个共同的分布和火星和达尼亚区共享一个不同的分布。这些吸引子状态的CAFE模型的输出比较显示，Tarfaya型分布的结果从一个偏好的聚集和碎片化的相互作用，而火星-毛里塔尼亚分布更可能是一个结果的交换主导的相互作用。我们观察到，似乎有更多的碰撞发生在塔尔法亚比在其他地区，这是符合我们的模型所建议的更大的聚合-破碎过程的速度。我们与CAFE模型的比较还预测了一个普遍的规则，有利于生产两个沙丘大致相等的大小的交换相互作用的不同类型的相互作用的输出。破碎作用常常导致体积比约为1：1：2的三种底形。最后，我们发现，沙丘的自发产犊并没有发挥重要作用，在塑造新月形群的大小分布。
2022-08-15 astro-ph.EP physics.data-an physics.geo-ph
Elongation and stability of a linear dune
与新月形沙丘相比，在不可侵蚀的河床上延伸的线状沙丘的形态动力学研究很少通过实验室试验或数值模拟。利用一个元胞自动机模型，我们研究了一个孤立的线性沙丘从一个沙源的延伸，并表明它可以达到一个恒定状态。通过分析这种恒定状态，可以了解沙丘上的物理过程。波峰反转与雪崩过程一起控制横截面的形状。沙丘的宽度和高度随着下游距离的增加几乎呈线性减小，直到沙丘的最小尺寸。这与沙丘上不断的沙子流失有关，最终补偿了沉积物的流入并确定了沙丘的长度。这个沙的预算进行了讨论，以区分从新月形沙丘延长线性沙丘和解释线性沙丘领域的复杂性在性质上。
2019-12-05 physics.geo-ph
Coexistence of two dune growth mechanisms in a landscape-scale experiment
在戈壁沙漠边缘的小型实验中，我们发现，在自然风条件下，各种沙丘类型同时发展。使用4年的高分辨率地形数据，我们证明，根据沙的可用性，相同的风况可以导致两个不同的沙丘的方向，这反映了两个独立的沙丘生长机制。由于周期性的倾斜沙丘出现从一个砂床和发展到2米的高度，我们分析缺陷动力学，驱动模式粗化的非线性阶段。从砾石上堆积的锥形砂堆开始，我们观察到从圆顶到新月形和不对称新月形的过渡。我们确定了一个最小的手臂伸长的大小，并评估其纵向对齐的风逆转的贡献。这些实验性的实地观察支持现有的沙丘动力学理论模型，提高其适用性的定量预测沙丘演变在不同的风制度和床条件下的信心。
2022-07-15 nlin.PS physics.geo-ph
