风成沙波纹的直接数值模拟

风成沙床表现出由地形与沉积物输运相互作用产生的规则波纹图案。迄今为止，其特征一直与爬移输运有关，这是由被风卷入跃移的颗粒撞击地面所引起的。通过对与气流相互作用的颗粒进行直接数值模拟，我们表明该不稳定性实际上是由共振颗粒轨迹驱动的，其长度接近波纹波长，且其溅射导致质量向波纹 crest 位移。图案选择源于这种失稳机制与稳定小波长的扩散性下坡输运之间的妥协。初始波长由沉积物通量与侵蚀/沉积速率的比值设定，该比值随风速线性增加。我们表明，这一与实验一致的标度律源于一个界面层，该层将跃移区与静态沙床分离开，其中动量传递主要由空中碰撞主导。最后，我们为利用这些波纹的传播作为沉积物输运远程测量的代理提供了定量支持。