自然地理学解释.ppt

● 在风沙流运动过程中，运动颗粒的空中碰撞是十分频繁的，而对地表的冲击作用是很小的。 风沙颗粒起动学说 ● 运用概率论知识，研究了跃移沙粒在上升阶段下降阶段发生碰撞的概率，以及在整个跃移过程发生碰撞的概率随风速的变化情况。 颗粒空中碰撞概率 风沙颗粒起动学说 运动颗粒的空中碰撞的概率模型 风沙颗粒起动学说 颗粒上升段碰撞概率 风沙颗粒起动学说 颗粒下降段碰撞概率 风沙颗粒起动学说 整个跃移阶段碰撞概率 风沙颗粒起动学说 考虑初速度分布时的碰撞概率 风沙颗粒起动学说 影响颗粒起动的因素 影响颗粒起动的因素 颗粒形状、颗粒级配（分选性）、颗粒间的胶结作用和外在的地表坡度与不可蚀粗糙因子等 影响颗粒起动的因素 影响颗粒起动的因素 土壤含水率对颗粒起动的影响 土壤含水率对颗粒起动的影响 1）不同风力及沙物质条件下风沙流固体流量结构、浓度分布、速度场以及能量结构特征及其数学模型。 2）风沙流的侵蚀能力。 3）风沙流的浓度、固体流量结构与单颗粒运动参数间的关联。 4）风沙流输沙量与各种影响因子之间的关系及输沙模型。 风沙流 风沙流结构：流沙表面的风沙流结构 qh=aexp(-h/b) 风沙流结构: 戈壁床面风沙流结构 q =a+bexp (-0.5((h-c)/d)2) 大 气 边界 层 风沙边界层 风沙边界层 1）风沙边界层厚度的确定、位移厚度、动能损失厚度、动量损失厚度及其与风沙流运动的关系。 2）不同类型固定床面风速廓线特征及其空气动力学特征参数及其与床面粗糙元几何特征的关系。 3）风沙流中颗粒相对气相的阻力及其空间变化规律。 风沙边界层 4）风沙流中的剪切作用、粒载切应力、气载切应力的变化规律，及其与风沙流运动的关系。 5）风沙流中风速分布规律、风速廓线表达式、空气动力学特参数的确定与变化规律及其与风沙流运动的关系。 6）风速廓线与风沙流结构的耦合研究，建立和求解风沙两相流体动力学方程组。 7）风沙互馈过程的数值模拟。 风沙边界层 风与沙的相互作用与反馈 ● 风沙流中的风速廓线 ● 风沙流运动导致气流剪切力的变化 * * 风沙物理学研究中的主要科学问题 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室 2014-12-12 董治宝 风沙物理学 学科性质 研究意义 主要研究内容 我国的研究现状 当前拟开展的研究 报告提纲 风沙物理学是研究各种风沙现象（风成过程）的规律和形成的物理机制及其利用与控制原理的科学 风沙物理学 风力作用下地表物质（岩石圈和土壤圈）的破坏和位移过程 形成各种风积地貌景观 风成过程 沙纹（1 m) 沙丘（1 m， km) 沙海（10 km， 100km) 风力作用下地表物质（岩石圈和土壤圈）的破坏和位移过程 形成各种风蚀地貌景观 风成过程 风棱石 雅丹地貌 羽毛状沙丘 (库姆塔格沙漠) 塔干沙漠的横向沙丘 (塔里木河下游) 巴丹吉林沙漠的高大沙山 雅丹地貌 （柴达木盆地） 雅丹地貌（哈密） 雅丹地貌（敦煌） 沙尘暴形成与输送 甘肃敦煌，2003 美国Big Spring，1997 甘肃金昌，1993 沙尘暴形成与输送 包括地表风蚀、风成物质输移和沉积三个相互联系的子过程 风成过程 风成过程 风积过程 输移过程 风蚀过程 吹 蚀 磨 蚀 沙 粒输 移 床面形态变化 床面形态固定 沙 粒沉 积 风沙物理学总体上来讲是介于沙漠科学与物理学之间的一门边缘科学，具有两个明显特点，即多学科性和兼有基础研究和应用基础研究。 学科性质 风是除流水外，塑造地球景观的第二流体 地质历史时期就存在（黄土堆积、古风成沙） 影响范围广（全球、中国、外星） 与人类生存的关系密切 风沙物理研究的意义 中国1/3以上的面积 火星、金星、土卫六 风沙物理研究的意义 风沙颗粒运动学 风沙流 风沙边界层 风沙地貌动力学 土壤风蚀 风沙控制原理 风沙物理研究的主要内容 1）风沙颗粒的起动条件、受力分析及其影响因子。 2）风沙颗粒运动形式及其动态追踪。 3）风沙颗粒运动的起跳角、速度、加速度、冲击角等运动参数及运移长度、高度等运动轨迹参数及其影响因素。 4）运动沙粒间、运动沙粒与地表冲撞过程中的能量传输与转换过程与规律。 5）沙粒运动学理论的数学表达式，以及数学方程(组)的求解途径。 6）风沙颗粒运动的数值模拟。 风沙颗粒运动学 风沙颗粒运动学 近地层气流的性质 近地层气流的性质 颗粒附近气流湍流程度对风沙运动具有明显的影响 近地层气流的性质 风沙颗粒运动学 近地层气流的性质 空气动力学粗糙度 水力学粗糙度 近地层气流的性质 近地层气流的性质 ) β F1 F B C Fc Fμc Fb 气流方向 冲击方向 Fμb A mg 作用在