作为颗粒介质在外力作用下最为常见的表现形式之一,沙波纹系统一直是沉积地貌学、复杂系统以及非线性科学的研究范例。对风成沙波纹形成和发展过程的研究一方面有助于对地表风蚀、沙尘物质的传输和沉积过程的认识,从而刻画极端恶劣环境地区先成古气候环境以及不同地形条件下的风场微观结构,另外,风成沙波纹的形成和发展过程中表现出的非线性、自组织行为、临界性以及从无序变化到有序发展的过程,也是当今众多学科的科学前沿的基本问题,具有普遍性和极其重要的科学意义。除了直接与沙漠化、风沙环境问题直接相关外,这—领域的研究已经开始应用在诸如探索火星水资源历史、晶体微观结构等工业、工程甚至高科技应用领域。本论文对野外和风洞中沙波纹的形成和发展过程进行了详尽的实验观测,并利用离散单元法(DEM)对风成沙波纹形成和发展中的关键过程——粒床击溅过程进行了数值模拟,基于此给出了既能反映风沙运动系统的散体性又考虑风沙运动系统的整体行为的离散粒子追踪法用于模拟平坦沙床上沙波纹逐渐形成和发展的时空演化过程,进而定量讨论了影响和控制沙波纹形成的关键因素。本论文的主要工作包括以下几方面：1.对野外和风洞中沙波纹的形成和发展过程进行了详尽系统的观测,给出了风速、粒径对沙波纹尺度、波长和波高随时间的变化、饱和时间、自修复过程以及临界风速的影响规律；2.利用DEM方法对风沙流中粒床击溅过程进行了数值模拟,给出了适用于不同粒径单一沙床面和不同分布的混合沙床面的二维和三维击溅函数形式；3.基于离散粒子追踪法(DPTM),通过详细考虑沙波纹形成和发展过程中上方风沙流,流场结构,粒床击溅过程以及跃移、蠕移沙粒运动等物理过程,给出了平坦沙床面开始形成沙波纹直至饱和的全过程,获得了与实验吻合较好的模拟结果,基于此定量研究了风速、粒径对沙波纹形态、尺度、移动速度、饱和时间等的影响；4.结合单一粒径沙床得到的三维击溅函数结果,实现了三维沙波纹的数值模拟,给出了沙波纹形成和发展过程中,波长、波高、Y形接头和侧向长度随时间的变化,再现了沙波纹的自修复行为以及两个风向作用下沙波纹的嵌套结构,定量的描述了Y形接头的演化规律。