风沙迁移是地球表面最常见的现象之一,也是风沙物理学范畴中的经典课题。风沙输运不仅造就各种各样的风蚀地貌景观,也造成了扬沙、扬尘甚至沙尘暴等自然灾害,对人民生命、财产安全构成巨大威胁。风沙迁移的研究不仅具有明确的科学意义,其理论及应用还具有重要的社会价值,是当今物理、地学、环境领域的研究热点。本文中采用野外观测、理论分析及风洞实验相结合的研究方法,对风沙迁移的非定常特性沿流向、垂向以及沙床表面定点进行了广泛研究。研究发现:1.越靠近地表阵风含能越低。考虑到非定常风与沙粒在垂向的相互作用,以两个特征高度H=300 mm和H=800 mm将床面上方空间划分为活跃区、次活跃区以及惰性区。基于不同高度阵风速度与床面沙粒粒径的分布相似性,提出了两相间的对位动量交换定理。2.引入流体起动区域长度概念,提出了弛豫过程输运模型的修正形式,阻尼振荡模型的适用性得到了改善,与实验结果的一致性最好。通过对阻尼振荡模型的理论分析,给出了饱和长度新的物理定义,根据实验数据计算确定饱和长度为定值,约为1米。3.进行了非定常正弦变化风对沙床表面的侵蚀的风洞实验,在正弦变化风的驱动下完成临界迁移及连续迁移两组实验,测定了阵风频率、幅值变化对床面侵蚀率的影响。实验结果显示非定常风来流条件下的侵蚀率随振幅和频率变化。侵蚀率并非一定正反馈于非定常正弦变化风,只有当风的阵性度克服沙粒运动的间歇性时,二者才具有正反馈机制。相比定常来流条件,改变振幅侵蚀率最大可提升约17%。正弦风频率变化对侵蚀率的影响相比定常风下的侵蚀率可增大约18%。本文以风沙迁移不同方向的非稳态特征的研究为基础,提出了风与沙粒能量交换的规律,修正了迁移的弛豫模型,实验分析了正弦风风速变化对沙床表面侵蚀的影响,对非稳态风沙迁移的理论研究及工程实践进展具有一定的意义。