风沙流能量的实验计算

风沙灾害集中地体现在风沙流对工程设施的破坏、土壤风蚀沙化的急剧恶化方面.致害原因,是飞扬沙粒在风力作用下获得大量能量.而判别风沙危害强度的大小,取决于风沙流集聚能量的高低.限于沙粒微小,相对运动速度极大,对其运动群体进行测量甚为困难,以至迄今未见风沙流能量的研究成果.风沙流是一种贴近地表的气固两相流.据研究,气流中搬运的沙量绝大部分集中在离地表10cm,尤其是贴地面5cm以下气流层中.为此,本文利用高速频闪摄影技术和环境沙风洞相结合的手段,对低层风沙流(6cm以下)的能量分布状况进行初步探讨.     

在风力作用下沙粒的运动

含有沙粒的运动气流称为风沙流.它的形成依赖于空气和沙质地表两种不同密度的物理介质的相互作用.风吹经沙质地表,使沙粒脱离地表进入气流中运动。它主要的抬升力是冲击力.通过冲击力产生迅速转动(33,000转/分),然后由气流上升力搬运至主流区,随着气流运动,形成风沙流.     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面风沙流结构变异的初步研究

对腾格里沙漠东南缘沙丘表面各部位输沙量观测数据的分析结果发现, 风力作用下的沙粒在沙丘表面上、下坡运动时, 其输沙量垂线分布出现明显的变异. 在距沙面0~20 cm高度范围内, 沙丘迎风坡各部位和丘顶输沙量垂线分布均符合单一指数递减规律; 沙丘背风坡输沙量垂线分布出现两个不同的变化区间, 多数以距沙面8~12 cm高度为界, 下部输沙量随高度呈指数函数形式递减, 上部为幂函数规律减少. 在沙丘迎风坡, 由于上坡运动沙粒跃移轨迹长度沿坡向上减小, 随着风速和总输沙量向丘顶方向增加, 风沙流上层输沙量趋于相对减少; 在背风坡, 下坡运动的跃移沙粒起跳高度和轨迹长度增加使风沙流上层输沙量相对增加.     

一个悬移污染物在河流中迁移扩散的二元数学模型

工业排放的悬移污染物(如煤泥、尾矿砂等)进入河流后,它们的运动规律和天然悬移物(泥沙)一样,受重力和水力的联合作用,在河流中作迁移扩散运动。有关这方面的研究,Fischer等人(1979)、我国东北师范大学(1979)、南京大学(1983)等单位曾有报道。本文试图在前人工作的基础上,对悬移污染物在河流中的迁移扩散规律、水力挟带能力以及污染带二元流问题,作初步探讨。     

塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了探讨重大工程的生态环境效应,从风沙环境、土壤环境、小气候、生物多样性和地下水环境5个方面对塔里木沙漠公路防护林工程的综合生态环境效应进行了研究.结果表明:(1)防护林改变了近地表风沙运动过程,防沙体系内风速、输沙率降低幅度分别达64%~80%和87.45%~99.02%,风沙流结构、沙物质粒度、地表蚀积状况也发生了明显变化;(2)与自然流沙地相比,防护林土壤容重减小,全盐含量、总孔隙度和含水量增大,土壤肥力质量明显提高,其变化基本呈现"先快后慢"的规律;(3)防护林对于小环境改善作用明显,距地面6m范围内,林地不同高度的空气温度普遍低于自然流沙地,而空气湿度则高于自然流沙地,林地土壤温度也低于自然流沙地;(4)随着防护林内生境的变化,土壤微生物种类显著增加,但不同种类微生物的种群分布并不均匀;(5)目前防护林灌溉抽水对地下水位、地下水矿化度的影响不大,水位在厘米级范围波动,矿化度的变化幅度在±1g·L-1左右,且没有明显的变化趋势.     

风沙流中跃移沙粒轨迹参数分析

应用高速频闪摄影技术和理论分析相互印证的方法 ,揭示了沙粒起跃角 (α)与降落角( β)、跃移长度和最大跃高之比 (L/H)与α、沙粒运动方向和地面夹角 (θ)与时间 (t)之间均为非线性关系 .只有当沙粒粒径较大和垂直初速度较小时 ,可近似地将α与β看做线性关系 ;当Uz1<1m/s时 ,L/H≈ 4Ctgα ;当α <2 5°时 ,θ与t近似为线性关系     

风沙流中沙粒带电现象的实验测试

通过风洞实验测量，得到当沙粒粒径小于２５０μｍ时，运动沙粒带负电荷；而当直径大于５００μｍ时带正电荷．由此证实了Ｌａｔｈａｍ关于风沙流中粒径较小的沙粒带负电，粒径较大的沙粒带正电的假设．测量结果还表明：每千克运动沙粒所带平均电荷量随沙粒粒径和风速的增大而减小，随高度的上升而增加；风沙流中的电场主要是由运动着的带电沙粒形成的，其方向垂直地面向上，与晴天电场的正方向相反，且其值随风速和高度的增加而增大     

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时, 缺乏长期的、实时观测的数据资料. 中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站, 2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的. 利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料, 对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析, 旨在说明沙尘暴发生时, 近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应. 沙尘暴发生时, 近地层的湍流度比晴天明显增大, 其值随高度的变化表现为先增加后减小, 同时, 在沙尘暴发生时, 湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10 m左右. 在沙尘暴发生时, 虽然风沙活动的时间比较短, 但风对沙粒的搬运能力大大增强, 由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%. 在沙尘暴发生时, 由于风速风向及地形等因素的影响, 近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性, 风沙流随高度变化可以表示为指数函数; 同一点的风沙流运动方向并不是单一的, 而是在一定范围内摆动; 同时, 在沙尘暴期间, 风蚀和风积交替进行.     

塔里木沙漠公路防护林影响下地表形态的变化

为了探讨防沙工程对现代风沙地貌的影响,通过在塔中地区的野外实地沙面蚀积测量,分析了塔里木沙漠公路防护林影响下地表形态变化的类型、分布和强度.研究发现:(1)在防沙体系内部以风积地貌为主,形成了小尺度的灌丛积沙堆,中尺度的片状积沙和较大尺度的垄状积沙体.在防沙体系内的林间也一定程度地形成了风蚀地貌,但在垄间地一般难以大规模发育,而在地形起伏的沙垄区的次级沙丘迎风坡中部,则可较大规模地发育;(2)在防沙体系的上风侧,阻沙林带及其形成的垄状积沙体使垄间的低矮流动沙丘在移动过程中发生形态和走向变化.阻沙林带垄状积沙体迎风坡形成稳定积沙坡面,但前移沙丘可造成其短时间的破坏,而后逐渐恢复成稳定坡面;(3)在防沙体系下风侧沙面,可形成较大范围的风蚀,在垄间地形成风蚀凹地,在地形起伏区沙丘被风蚀削平,地形起伏度降低.因此,防沙林带对上风侧风沙流具有巨大的消能截沙作用,到下风侧随着风力的逐渐恢复,风沙流逐渐趋于不饱和,造成沙面风蚀.     

湖泊沉积记录的区域风沙特征及湖泊演化历史:以陕西红碱淖湖泊为例

沙漠区湖泊沉积岩芯是记录历史时期风沙发生频率和强度的良好载体. 通过沉积岩芯中粒度、磁化率、有机碳以及Rb/Sr等物理、化学指标分析, 对陕西红碱淖地区近80年以来风沙特征及其演化历史进行了探讨. 结果表明, 红碱淖湖泊于1928年开始成湖, 成湖初期流域风沙发育, 其中1936, 1939和1941年有3次强风暴气候, 沉积物中记录了3次显著的粗颗粒沉降事件. 1952~1960年为该湖泊快速扩张期, 由于入湖水量增加, 地表径流搬运入湖的物质也明显增多. 1960年以后湖区风沙发生的频率和强度明显下降, 沉积物粒度频率曲线也由双峰变为单峰. 流域生态研究表明, 近40年来湖区植树造林和地表水土涵养生物工程措施有效遏止了风沙的发生.     

引力规范理论中的电磁场

本文指出,如果假定,在引力规范理论中,仍然保持电磁场的U(1)规范不变性,那么,电磁场方程在形式上和广义相对论的相同;并且,电磁场的动力学自旋流是零。这意味着,电磁场和标量场一样,在引力场中没有自旋流效应。光在引力场中仍然沿零短程线传播。不过,引力场的挠率仍会通过度规对光线偏折和谱线红移产生影响。     

Pless体制的攻击算法

本文中序列记为,向量记为。除特别说明外,序列变量均在GF(2)中取值和运算。 1.Pless体制 该体制是由8个线性反馈移存器SR_i(1≤i≤8),4个J-K触发器F_i(1≤i≤4)及一个4级循环计数器C如下图所示组成的加密流系统S。     

沙粒蠕移运动轨迹的光学测量及分析

采用高速数字摄影记录了大气边界层风洞中的沙粒蠕移运动. 通过非负减法、自动阈值法以及双向粒子追踪法的组合, 从图像序列中提取了蠕移运动数字轨迹, 并由此计算得到用于蠕移轨迹类型划分的蠕移运动初速分布. 对两种蠕移轨迹的速度增长率及历时进行了统计分析, 结果表明: 风曳力起动蠕移颗粒运动速度保持性较好, 随着摩阻风速增大, 其运动骤停性及骤停之前的加速性增强; 而碰撞起动蠕移轨迹的速度增长率的分布稳定, 基本不受摩阻风速变化的影响, 且其主要范围为[0,1], 表明碰撞起动蠕移颗粒更易于在运动过程产生速度衰减. 两种轨迹的历时均为高斯分布, 随着摩阻风速增大, 床面运动随机性增强, 轨迹历时趋于减小.     

大气质量南北涛动的季节循环

利用1979~2006年NCEP/NCAR逐日、月平均地表气压、经向风、辐射及水汽再分析资料, 对大气质量南北涛动(IHO)季节特征进行分析, 结果表明: (1) 由地表气压计算的大气质量IHO季节循环明显, 两半球大气质量呈一波型反位相变化, 且两半球年变程相当; (2) 半球水汽质量在南北半球呈现反相变化的季节循环特征, 其年变程与IHO的季节循环相当, 但位相相反; (3) 季节变化中, 越赤道气流的形成与大气中水汽质量的变化有关(E-P); (4) 辐射加热为IHO的主要外强迫因子, 其中半球地表净短波和净长波辐射, 分别与水汽质量及越赤道质量流季节变化相对应; (5) IHO季节变化主要与中纬度大气质量变动有关. 全球范围大气质量的重新分布, 在不同季节间有显著的海陆分布差异, 在北半球主要表现为纬向型分布, 而南半球则以经向型分布为主.     

毛乌素沙地沙障固沙机制与效益评估

沙障是沙区广泛应用的一种固沙工程措施,准确理解沙障的固沙机制并优化其配置模式有助于防风固沙技术的完善.本文以毛乌素沙地腹地发育的4个新月形沙丘作为研究载体,通过对9类(3种材料×3种规格)沙障措施下的沙丘开展地形测量、风沙观测、沉积物采样、植被调查和室内分析等研究,揭示了沙障环境下沙丘的表面过程,评估了各类型沙障防风固沙效果及生态恢复效应.结果表明,沙障具有降低沙丘高度、重塑微地貌形态、降低近地表风速、拦阻沙物质输移以及促进植被恢复的作用,其作用强度大小受控于沙障材料、规格配置及铺设坡位;沙柳沙障是该区防风固沙和促进植被恢复的最佳选择,草绳沙障其次,聚乳酸(polylactic acid, PLA)纤维沙袋沙障最差;沙柳和草绳沙障在1 m×1 m规格下的固沙效益最佳,而PLA沙障在2 m×2 m规格下的固沙效益最佳.此外,本文认为,沙障的防风固沙效益受多个要素的共同影响,单以近地表风速大小或微地貌形态作为衡量标准是不充分的;沙障工程应依据区域固沙需求和实地环境,立足重点目标或需求,因地制宜选择出最适宜的沙障配置模式.     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

2010年3月19日沙尘暴期间甘肃民勤地区近地表的湍流性质

首次给出沙尘暴期间近地面8, 16, 32和47 m四个高度50 Hz的三个方向风场长达12 h的实时同步记录. 测量结果发现: (1) 47 m以下各个高度处的平均垂向风速都一直表现出很大的正值, 说明在沙尘暴期间存在着显著的上升气流; (2) 近地面8 m处的垂向风速始终大于16 m和32 m处的值, 说明近地面风场的对流运动更为强烈; (3) 在沙尘暴水平风速达到最大时, 近地面8 m处垂向风速有所降低, 但其标准差则达到最大, 表明在沙尘暴风速最大时近地表风场的对流有所减弱, 但风场的脉动强度却明显加强, 由此更容易引起地表沙尘的上扬. 分析结果还表明, 此次沙尘暴期间各高度的水平和垂向的标准差均随来流风速的增大而增大, 而侧向风速的标准差则基本上不随来流风速的增大变化. 将计算得到的20 min水平、垂向和侧向的脉动风速的偏度和峰度的值平均后的结果表明, 水平、垂向和侧向风速的脉动特征有着明显的差异, 并且它们的脉动特征随高度的变化而不同, 这也表明了进行近地面多点同步三维测量对于揭示沙尘暴三维风场的结构是非常必要的.     

犁耕作用对~(137)Cs法测算农耕地土壤侵蚀量的影响

原子弹爆炸产生的放射性尘埃~(137)Cs 降到地表后,被地表土壤的胶体颗粒牢固的吸附,~(137)Cs以后的运动主要取决土壤颗粒的物理运动.1954—1965年是核尘埃的主要产出期,其中以1963—1964年浓度最大,1970年以后,核尘埃的产出量极微.~(137)Cs 的半衰期为30.1a,是研究土壤侵蚀、泥沙运移的一种较好的人工同位素.     

火星沙丘地貌的形态学窥究

风沙地貌过程是最活跃最普遍的现代火星地貌过程,蕴含火星地表过程、环境和演化历史的丰富信息.本研究利用覆盖火星全球高分辨率的遥感影像,在地理信息系统软件的支持下,在全球尺度上分析火星沙丘地貌的形态学特征,挖掘所蕴含的风沙地貌学意义.结果表明,火星沙丘地貌类型与地球沙丘地貌相似,但仅以简单沙丘为主,罕见复合和复杂沙丘,沙丘形态参数累计概率曲线表现为简单一段式.火星沙丘以新月形沙丘、新月形沙丘链和横向沙丘等初级类型为主,而占地球沙丘约50%的线形沙丘在火星上占不到10%.火星沙丘规模较地球沙丘小,与理论上应具有更大规模的沙丘相悖.火星沙丘地貌形态参数间与地球沙丘呈现相似的良好相关性,但相关关系不同,意味着具有相似的形成机理,但不同的形成条件.得到的另一重要启示是,在地球上研究类火星风沙地貌,如青藏高原的类火星风沙地貌,是认识火星风沙地貌及其发育环境的有效途径.     

长时程光流刺激对猫PMLS区神经元自发活动的影响

采用胞外记录技术, 研究了猫PMLS区神经元在长时程光流刺激(包括平动、径向和旋转3种基本模式)后自发活动的变化. 结果显示, 细胞的视觉诱发反应随刺激时间的延长而下降, 在刺激撤除后, 细胞的自发活动普遍减弱. 通常在非最优方向的适应后, 细胞自发活动的下降程度较最优方向的适应后小. 此差异在平动刺激后尤为显著, 而在径向和旋转运动刺激后相对不明显. 这提示非特异的疲劳机制可能在对平动刺激的适应中起主要作用, 而对复杂光流的适应, 可能需要有较复杂的、具有方向特异性的机制参与. PMLS区可能在对较复杂运动的感知和适应、以及与此相关的运动后效应的产生中起重要作用.