鸣沙表面结构特征与共鸣机制的模拟实验研究

鸣沙发声机制是风沙物理学中长期悬而未决的重要问题. 在前人研究的基础上, 通过采自沙漠和海滩哑沙及敦煌鸣沙山鸣沙变哑的哑沙的冲洗实验、玻璃微珠表面化学溶蚀实验、表面覆盖实验及SEM的分析. 发现: 鸣沙发声与沙粒表面有无 SiO₂凝胶无关, 也与其表面的化学组成无关, 而与自然沙粒表面由风蚀、水蚀、化学溶蚀及硅凝胶沉淀等多种因素所形成的多孔(坑)状物理结构所构成的共鸣腔有关. 其共鸣机制与亥姆霍兹共鸣腔相似. 其次, 粉尘或更细的黏粒等杂质侵入沙粒表面的孔洞所产生的阻尼作用, 可导致鸣沙共鸣机制丧失而变为哑沙. 因此, 清除石英颗粒表面各种细小杂质对多孔结构的污染是恢复哑沙发声的有效途径     

不同坡角公路路基流场的风洞实验

根据内蒙古S315一级公路黑风口路段风沙危害现状,基于风洞模拟实验,采用毕托管测定不同坡角路基模型断面的风速,通过对流场分布、风速廓线及风速减弱率的分析探讨沙漠公路风沙危害的形成机理。结果表明：坡角对路基两侧的积沙范围和风蚀强度有重要影响。风速一定时,坡角越大,路基两侧积沙范围越大,与之对应的防护范围也应加大。路基坡角一定时,路基背风侧积沙范围随风速增大整体可能呈扩大趋势,坡角越大,扩大趋势越不明显,导致大量沙粒堆积在背风坡脚附近,这就需在坡角较大的公路背风侧多设置几道阻沙栅栏和固沙方格来降低风速、防治沙害。风沙流对迎风坡脚和迎风坡肩的风蚀作用最强,在实际应用中,应重点对这两个部位进行工程砌护,以防路基塌陷造成交通事故威胁公路安全运营。     

敦煌湖泊湿地生态系统地表辐射平衡特征

利用2013年干旱环境背景下敦煌湖泊湿地生态系统的辐射数据,分析了该地区的辐射变化特征。结果表明：不同的天气背景,各辐射分量的日变化过程差异较大,晴天变化曲线呈平滑的单峰型,多云天气平滑度不如晴天,阴天、雨天和沙尘天气呈现了不规则的多峰型变化;各季辐射通量的日变化都呈单峰型,但收入量差异较大,极值出现的时间也不相同。向下短波辐射、向上和向下长波辐射、净辐射月总量的变化表现出明显的季节性,夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,向上短波辐射的月总量的季节变化不太明显。各辐射分量日平均值具有明显的季节性,夏、春季较大,秋、冬季较小,最大值出现在6月或7月,最小值出现在12月或1月。生长季的地表反照率要低于非生长季,各季日平均反照率都是早晚高,中午低,呈"U"型。     

关于库姆塔格沙漠“羽毛状”风沙地貌的讨论

库姆塔格沙漠是我国最后一个完成综合科考的沙漠,以其北部的“羽毛状”沙丘著称。以往关于库姆塔格沙漠风沙地貌的认识主要基于遥感影像判读。最近深入沙漠腹地的实地考察引发了对该沙漠“羽毛状”沙丘的争论。本文从地质构造、遥感影像纹理特征、沙丘形态特征、风况特征、组成沙丘沉积物的粒度特征、矿物组成、光谱特征、颗粒形貌等多层次、多视角探讨库姆塔格沙漠的“羽毛状”风沙地貌。提出从三种空间尺度上区分“羽翼状”沙漠、“羽毛状”图案（伪羽毛状沙丘）和“羽毛状”沙丘的必要性。认为：①库姆塔格沙漠的 “羽翼状” 总体格局是受新构造运动控制的。②以往基于航片判读确认的“羽毛状”沙丘实际上是由线性（赛夫）沙丘、丘间走廊的亮色浮沙片和残余暗色粗沙地的反照率对比形成的“羽毛状”图案,并非真正的复合沙丘。③真正的“羽毛状”沙丘应该是指有明显新月形沙丘遗留翼角的赛夫沙丘（线性沙丘）的变型。④由赛夫沙丘到“羽毛状”沙丘,风况愈来愈复杂。     

Blowing Sand Problem in the District of the Mokao Grottoes in Dunhua

敦煌莫高窟是全国重点文物保护单位,并列入世界文化遗产清单。长期以来,这里受风沙侵害,并已危肋到洞窟的安全。过去的半个世纪里,虽然采取了一系列的防护措施,但因防护位置不当,事倍功半,根据风沙运动规律和风沙危害方式,评估了已以建立的防沙工程的效果,强调了防止吹沙和保护莫高窟的“六带一体”防沙体系的必要性和持久性。据此方案,阻沙带应建立在窟顶大沙山前缘作为前壁,窟顶戈壁作为输沙带,窟体作为固沙带。     

半隐蔽格状沙障的综合防护效益观测研究

半隐蔽格状沙障,特别是麦草和碾压芦苇方格沙障,是近地风沙流边界层防止风沙危害的一种经济实用、功能独特、效果显著而应用最为广泛的固沙措施。它增大了下垫面的粗糙度,明显降低了底层风速,进而减弱了输沙强度,使流沙表面得以稳定。在格状边框内,由于气流的涡旋作用,使格内原始沙面充分蚀积最后达到平衡状态,即稳定的凹曲面形成。这种有规则排列的凹曲面,对不饱和风沙流具一种升力效应,而形成沙物质的非堆积搬运条件,这是格状沙障作用的关键。试验证明1m×1m,1.5m×1.5m和2m×2m草方格防沙效果都是显著的,0.5m×0.5m的方格不仅费工费料,而且防风固沙效果很不理想,并很快地被沙堤失去防护功能。同一规格的格状沙障往往由于设置的地形部位不同,其防护作用可能产生很大的差异。因此,应该根据一个地区的风沙流场性质和沙障功能综合评价半隐蔽沙障防护效益。     

尼龙网栅栏防沙效应的风洞模拟实验

通过尼龙网栅栏防风沙效应的风洞模拟实验,发现采用尼龙网制成的栅栏,其作用兼有疏透和通风两种形式,是一种比木质栅栏更优良的新材料,其最佳孔隙度为40%~45%,保护区达30H以上。其积沙效率在中速时超过70%,在特大风时也超过50%。同时,尼龙网栅栏具有一定的导沙性能,其临界角约为45°。如果超过45°,导沙效率将降低。     

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100~200 m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1.042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200~300 m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1.119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300 m,平均为30943 m,最高可达465 m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1.148164)。     

塔克拉玛干沙漠简单线形沙丘形态动力学过程研究

采样分析、风沙观测以及计算结果表明,在不同风向作用以及沙丘形态参数改变等因素的控制下,简单线形沙丘表面起动剪切速度有明显的差异。表面的气流强度随风向的改变而有所不同。气流与沙丘正交时迎风一侧的输沙率远大于背风一侧同地貌部位的输沙率,但当气流与沙丘走向斜交时,沙丘两侧同地貌部位的输沙率差异不是太大,这是线形沙丘在动力学过程中能保持其形态的最主要原因之一。风向的多变以及沙丘形态的变化使风沙流内边界层内随高度的风速与所观测的输沙率虽也表现为幂函数关系,但相关性较低。沙丘表面被输移的沙物质的粒度分布与下垫面物质组成有一定的差异,在中低强度的起沙风范围内,被输移的沙物质的平均粒径小于下垫面沙物质的平均粒径,且随风速或输沙率的增大,粒度组成也趋于统一。总体上,地表沙物质的输移仍是一随机过程。     

风沙电研究的现状及展望

扼要回顾了风沙电研究现状，主要内容包括研究动态：主要是从风沙电的野外实地观测和室内实验模拟测试，来揭示风沙电这一自然现象的规律；风沙电对电波传播影响研究：主要从折射效应、吸收、散射和带电沙粒的散射影响进行探讨。并提出了研究中存在的问题和发展趋势。