近地表风沙颗粒的跃移运动包括四个子过程:沙粒的起跳、沙粒上升、沙粒落回床面及冲击-溅起过程。这些过程中的颗粒运动参数（速度、加速度、运动方向）均反映了沙粒与风场的相互作用，其中沙粒起跳与冲击时刻的速度与角度分布是风沙颗粒跃移运动理论模型的关键输入参数。而气流中颗粒的速度则是确定风沙流动能、动量、侵蚀性及风沙相互作用的重要参数。大量颗粒加速度的实验数据将有助于理论模型的完善。本论文针对风沙跃移运动在四个阶段的运动参数及输沙率沿高度变化展开研究，主要工作如下:　　1.针对以往从高速摄影资料中获取颗粒运动轨迹时极其耗时耗力的不足，开发了一种追踪颗粒运动轨迹的新算法。通过相邻图像减法和自动阈值法的结合从原始实验图像中获得了沙粒与背景图像对比度更高的沙粒运动图像。然后，通过手动追踪与计算机匹配相结合的方法计算出沙粒跃移运动的数字轨迹。最后采用多项式曲线拟合方法获得各轨迹点处的各个运动参数（如起跳速度与角度、冲击速度与角度、瞬时速度、瞬时加速度）。　　2.针对以往使用高速摄影技术在获取大量颗粒速度信息上的不足，基于最大有效匹配率的概念，开发了一种适用于计算气流中大量颗粒跃移速度的两帧图像匹配算法。　　3.基于多帧图像匹配算法，获得了大量颗粒的运动轨迹，给出了沙粒起跳速度和角度以及冲击速度与角度的概率分布形式，并分析了其统计平均值与摩阻风速与颗粒临界摩阻速度之比（u*/u*t）的关系。首次给出了颗粒在起跳与冲击瞬间所受的加速度的概率分布形式及其统计平均值，最终给出了起跳加速度与冲击加速度的统计平均值与摩阻风速u*的关系。　　4.以3mm为高度间隔，给出了颗粒在上升段和降落段的速度、加速度、运动方向在各高度区间的概率分布及其统计平均值。分析了各参数统计平均值随高度的变化关系，并最终给出了沙粒在上升段和降落段的水平速度及水平加速度与高度及u*/u*t的关系表达式。　　5.通过风洞实验深入分析了颗粒在低风速下的临界冲击-溅起过程（即颗粒在冲击床面后，只引起一个溅起沙粒或只有自身反弹），给出了冲击速度与角度、反弹速度与角度以及起跳速度与角度的概率分布及三者之间的相互关系。通过沙粒冲击器实验分析了无风条件下颗粒以多角度多粒径冲击床面的临界冲击-起动过程，给出了冲击速度与角度、反弹速度与角度及溅起速度与角度的概率分布，并分别给出了其统计平均值与冲击颗粒与被冲击颗粒粒径之比（d冲/d床）的关系表达式。　　6.采用两帧图像追踪算法分别获得各高度区间的颗粒水平速度概率分布及所包含的颗粒数，并由此推导出输沙率随高度的变化方程。