沙粒在风的作用下运动,形成了不同的风沙地貌、风沙天气等,导致沙漠边缘扩展、土地沙漠化,同时沙尘天气污染环境、影响人类身心健康。人们很早就发现运动沙粒会带有一定程度电荷,形成风沙电场。带电沙粒受到静电力作用降低沙粒临界起跳风速、改变沙粒运动轨迹,进而影响沙尘向前、向高的输运量;不仅如此,沙尘颗粒带电还会增强电磁波在沙尘系统中传输时的衰减。因此,单个沙粒带电量的测量,可以定量研究沙粒带电量大小对沙粒临界启动摩阻风速、沙粒运动轨迹、输沙量等的影响;评估沙粒带电对电磁波信号的衰减;对地貌演化、大气环境和全球气候变化的研究具有重要意义;同时有助于理解颗粒物带电机理。本论文围绕野外单个带电沙尘颗粒,开展了电场存在下单个沙粒起跳带电量的实验研究,评估了模拟风沙电场对沙粒带电量及其带电机理作用;给出了一种测量复杂环境下单个颗粒带电量的方法,并研制了一套测量单个颗粒带电量的实验装置;开展了野外风沙流中单个沙粒带电量的原位测量实验研究,首次测量到了野外风沙流中单个沙粒的带电量,给出了单个沙粒带电量受环境相对湿度、沙粒粒径、环境风速等因素的影响规律;通过实验测量结果和模型计算结果对比,建立了风沙流中沙粒带电模型。主要研究结果如下:首先,考虑到风沙电场的存在,开展了模拟风沙电场存在下的沙粒起跳实验,通过用高速摄像机记录沙粒运动轨迹,反演了沙粒带电量。实验结果表明,电场强度增加到一定程度,沙粒可以从沙床表面直接起跳进入空中运动,环境相对湿度越大,沙粒起跳的临界电场强度越小。在特定环境相对湿度条件下,沙粒表现出一定导体特性,实验测量的沙粒感应带电量结果和导体球在电场作用下的感应带电量理论模型拟合的很好,给出了风沙电场存在时,沙粒起跳带电量经验公式。然后,考虑风沙电场对沙粒带电量的影响,修正了沙粒Mosaic随机碰撞带电模型。该模型将环境因素（环境相对湿度、风速、风沙电场）以及沙粒介电常数、沙粒尺寸等物理量考虑在内。模型计算得到的沙粒带电量和沙粒粒径、风沙电场强度正相关,这和已有的沙粒带电规律一致。相比之前的一些颗粒带电模型,该模型考虑了环境电场和颗粒碰撞过程对沙粒带电量的影响,其计算出的沙粒带电量和带电规律更接近实验测量值。进一步,提出了颗粒密度较高、影响因素较多的复杂环境中单个颗粒带电量原位测量方法。将风沙流中沙粒带电量原位测量分两步,即取沙步和测量步,并设计了风沙流中单个沙粒原位测量装置。首先,将风沙流中带电沙粒收集于电绝缘性高的硅油液体中,保证来自于风沙流中的沙粒上的净电荷不发生转移,然后基于沙粒在电场中的轨迹图像处理法反演单个沙粒带电量。该方法和装置既可实现风沙流中单个沙粒带电量的原位测量,又能实现单个目标沙粒的回收,获取沙粒的质量、粒径和成分等信息。根据收集沙粒所处环境,可研究环境因素对风沙流中单个沙粒带电量的影响。最后,使用上述方法和测量装置在中国腾格里沙漠地区对地表风沙流中的沙粒进行了单个沙粒带电量的实验测量,首次给出了野外风沙流中单个沙粒带电量的精确测量数据。测量结果表明,野外风沙流中的沙粒绝大多数是带有净电荷的,实验测量所在区域风沙流中带电沙粒的荷质比范围为-180.9μC/kg～350.0μC/kg,带正电和带负电沙粒的平均荷质比分别为15.5μC/kg和-16.1μC/kg,其中带正电沙粒的数量占比超过80%。野外环境对沙粒的带电量也有影响,随着环境相对湿度的增加,无论是带正电的沙粒还是带负电的沙粒,其荷质比均增大;随着风速的增加,带正电沙粒的比例也增加,可达90%。通过对大量实验数据点的统计分析,给出了野外风沙流中单个沙粒带电荷质比的概率密度分布和拟合函数。