风沙流中跃移沙粒冲击速度和角度联合概率分布风洞实验

近地表跃移沙粒速度和角度概率分布是连接风沙运动宏观研究和微观研究的桥梁,对沙粒跃移轨迹和输沙率分布有很大影响。但是,目前跃移沙粒冲击速度概率分布和角度概率分布之间的关系还不明确。使用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）测量了风洞沙床面1 mm高度处的跃移沙粒速度,通过分析各冲击速度对应的冲击角度的概率分布研究了沙粒冲击速度和角度的联合概率分布。结果表明：沙粒冲击速度概率分布可用对数正态函数描述,冲击角度概率分布可用指数函数描述;各冲击速度对应的冲击角度都符合指数函数分布,且其衰减速度随冲击速度增加而加快。这表明,冲击速度概率分布和冲击角度概率分布之间具有很强的相关性。最后分别给出了沙粒冲击速度和角度的独立假设概率分布和条件联合概率分布。     

基于多旋翼无人机倾斜摄影测量的沙丘三维形态研究

无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的新型测量方法,具有高效率、高精度、非接触、大范围等优点。本研究采用多旋翼无人机,结合精确测定的地面控制点,实现了对新月形沙丘群三维形态的精确测量。结果表明：无人机倾斜摄影测量的均方根误差小于18 mm,可以满足大比例尺地形测量的要求。利用该技术获取的多种测量参数表明,新月形沙丘二维与三维形态之间存在良好的相关性,基于这些关系,可以实现二维遥感影像量测结果向沙丘高度、沙丘体积等三维参数的转换。沙丘剖面形态可以采用非线性函数精确描述,为沙丘形态精确建模提供了参考。无人机倾斜摄影技术获取的沙丘三维形态参数,对于深入认识沙丘形态动力过程具有重要参考价值。     

横向沙丘背风侧沙粒风蚀起动的风洞模拟

通过风洞实验,探讨了横向沙丘背风侧“二次流”的沉积学和形态-动力学意义。在不同迎风坡坡度的横向沙丘模型背风侧,我们观测了不同位置沙粒的起动风速以及在临界状态下沙粒的运动特征。结果表明,沙丘背风侧的颗粒起动风速不仅与其距沙丘顶部的距离有关,也与沙丘迎风坡坡度有密切关系。根据沙丘背风侧颗粒运动特征,可以将其划分为向后运动区域、晃动或摆动区域以及向前运动区域,产生这一现象的原因是在沙丘背风坡气流分离、反向涡和气流重新辐合共同作用的结果。在所有的观测结果中,迎风坡坡度为15°的沙丘具有最大的沙粒起动风速和最远的气流重新辐合距离,其原因尚需进一步研究。     

等效沙厚度研究进展

风、沉积物和地表覆盖是控制沙丘地貌的三大要素.沉积物尤其是沙源供应对沙丘地貌的影响仍有待深入研究.沙丘体积的研究促使了等效沙厚度(equivalent sand thickness,EST)概念的提出.EST研究经历了多个沙丘和亚沙丘尺度2个研究阶段.多个沙丘EST研究发现,EST与沙丘高度之间具有较好的一致性,其与方...     

切片采样算法在光释光年龄模型参数估计中的应用

光释光(OSL)年代学模型是基于数理统计学的一类概率密度模型,它根据特定的假设条件对样品等效剂量(De)分布进行数学解释,由此估计具有不同沉积历史或者能够代表样品实际埋藏年龄的De组分。年龄模型参数估计常通过极大似然估计(MLE)算法实现,本文尝试了切片采样算法在年龄模型参数优化中的应用。切片采样属于一种马尔科夫链蒙特卡罗采样(MCMC)算法,能根据测量数据与模型的联合似然函数进行随机采样,由此获得参数的采样分布。本文编写了实现年龄模型切片采样算法的应用程序,并使用模拟及实测De数据验证了该算法估计的可靠性。相对于MLE算法,MCMC算法具有对参数初值依赖性低、误差估计更准确的特点,切片采样算法提供了实现释光年龄模型参数估计的一种新方法。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

各气象要素影响沙尘暴的方式和强度研究

利用1954—2005年甘肃60个测站春季17个气象要素和沙尘暴的日资料,对这些要素影响沙尘暴的方式和强度进行了详细分析。结果表明,风速、最大风速、蒸发量是甘肃省沙尘暴的正影响因子;相反,相对湿度、最小相对湿度、最低气压、水汽压和日照时数是负影响因子;气压、最高气压、气温、最高和最低气温,以及20:00～08:00,08:00～20:00和20:00～20:00的降水量对沙尘暴的影响方式具有明显的区域性差异。各要素对沙尘暴的影响强度具有明显的区域性差异,平均而言,最大风速、平均风速、最大风速风向、日照时数及蒸发量对甘肃沙尘暴的影响强度依次最大,20:00～08:00,08:00～20:00和20:00～20:00的降水量、气压和气温的影响强度依次最小。     

大气降尘收集方法及相关问题研究

降尘监测是探索大气降尘对环境的影响和生态效应评估不可缺少的手段之一。根据集尘容器内同定降尘介质的不同，目前常用的收集方法分为干法、湿法和玻璃球法3种。在实际监测中，每种方法都有不同的研究者采用，3种方法的收集效率也有一定的差别。研究表明，干法的集尘效率为湿法的73％和玻璃球法的95％；玻璃球法的集尘效率为湿法的77％。3种方法的集尘量之间具有良好的线性关系，可以依此进行数据的转换。不同的收集容器会对集尘效率产生影响，其测量精度也不相同。另外，这3种收集方法不能很好地区别干沉降和湿沉降过程，应该加以改进。因此，采用统一的标准开展大气降尘的合作研究很有必要。     

风沙起动的随机性及其判别

风沙颗粒起动的判别标准的不一致,是造成目前关于颗粒起动风速研究成果不一致的重要因素之一。由于颗粒起动过程中,气流瞬时速度或瞬时切应力、颗粒在床面上的相对位置以及非均匀沙在特定的某个点的粒径是随机变量,所以风沙颗粒的起动具有随机性。这种随机性导致在实验观察中,风沙起动判别标准的不一致。借鉴泥沙起动研究的理论与成果,将风沙颗粒起动可分为个别起动、少量起动和大量起动,并给出泥沙研究中的判别标准,供风沙研究者参考。     

毛乌素沙地沙产业发展条件

沙产业对沙漠的生态环境改善和社会经济发展具有巨大的贡献,在当前全球气候变化的背景下更是迎来新的契机。结合数理统计以及SWOT分析等研究方法综合分析和评价毛乌素沙地气候变化、生态环境变化以及内外资源条件。结果表明：（1）在气候变暖的背景下,毛乌素沙地降水有所增加,风速逐渐减小,植被覆盖率不断提高,气候条件和生态环境条件逐渐改善。（2）毛乌素沙地土地、光热、水、旅游及政策等资源条件具有明显的优势。毛乌素沙地逐渐改善的自然环境以及优势资源可为沙产业的发展提供动力和保障。