国家自然科学基金(40671022)
- 作品数：12 被引量：100H指数：6
- 相关作者：张伟民汪万福邱飞张国彬柳本立更多>>
- 相关机构：中国科学院敦煌研究院兰州大学更多>>
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- 相关领域：环境科学与工程天文地球水利工程理学更多>>
- 水分蒸散耗散结构的初步验证被引量：6
- 2009年
- 在极干旱区的敦煌莫高窟应用称重法测定蒸散量,对比分析土壤粒径、盐分、水分、气候状况、植物种类等对蒸散的影响。发现水分蒸散与各因子之间存在广泛的非线性关系和非线性作用机制,符合耗散结构理论成立的条件和特征要求。各相关因子都是蒸散的结构构成,它们的综合作用可使蒸散强度呈非线性表现。蒸散强度是各因子共同作用形成的结构功能,当土壤、气象、水分、植被等蒸散因子在波动涨落中发生协同共振时即可形成耗散结构,使蒸散强度表现出或高或低的非线性分岔突变。水分耗散结构是蒸散因子在时空异质性的综合表现,在各地的水分蒸散中普遍存在。初步证明耗散结构理论应用在水分蒸散中是适宜的。
- 李红寿汪万福张国彬邱飞詹鸿涛
- 关键词：蒸散水分土壤气候
- 砾石覆盖对边界层风速梯度的影响被引量：6
- 2012年
- 通过莫高窟窟顶野外风洞实验对不同覆盖度砾石床面风速梯度的变化规律进行了研究。结果表明,床面砾石平均高度以下风速梯度随砾石覆盖度变化比较杂乱,而砾石平均高度以上风速梯度随覆盖度增加呈现出有规律的变化。从覆盖度5%到35%风速逐渐减小,40%～80%趋于稳定,35%最小。据此,大气边界层可明显分为两层,约以砾石平均高度为界,下层定义为粗糙亚层,上层定义为惯性亚层。粗糙亚层风速梯度随砾石间距高度比D/H值的变化同样比较杂乱;惯性亚层风速梯度随砾石间距高度比D/H值的变化规律比较一致:风速在D/H值0.3～1.5段趋于稳定,2.0～4.0段风速逐渐增大,1.5处风速最小。另外,对砾石床面不同高度阻风效应的计算表明,砾石床面的阻风作用在砾石床面表面附近最强(0.75 H～1.1 H),粗糙亚层阻风作用随高度增大而增大,惯性亚层阻风作用随高度增大逐渐减小。该粒径砾石阻风效应最优间距高度比D/H值为1.5,最优间距为3cm,最优覆盖度为35%,为砾石防沙工程的铺设提供了一定的参考作用。
- 谭立海张伟民安志山李建国
- 复杂风况条件下戈壁输沙量变化规律的研究被引量：17
- 2011年
- 戈壁输沙量与输沙势的定量关系一直是风沙地貌及风沙工程的关键科学问题之一。对莫高窟顶戈壁输沙量的长期监测(2008年5月至2009年4月)结果表明,窟顶戈壁输沙势为129VU,窟顶北侧的总输沙量约905kg.m-1左右。其中,偏东风输沙量达500 kg.m-1,偏西风输沙量达320 kg.m-1。当风速大于11 m.s-1时,戈壁风沙发生长距离的输送,偏西风可将265 kg.m-1的沙量输送到窟区,偏东风可将410 kg.m-1的沙量吹回到鸣沙山。根据本区偏东风强盛,且偏东风戈壁输沙量大于偏西风输沙量的特点,提出了以固为主,输导结合的莫高窟风沙防治的主导思路。认为在窟顶构建一个既能阻截沙物质,又能对阻截的沙物质进行输导的人工戈壁床面是完全可行的。
- 张伟民王涛汪万福张国彬邱飞詹鸿涛
- 关键词：输沙量输沙势戈壁
- 不同沙源供给条件下砾石床面的风沙流结构与蚀积量变化风洞实验研究被引量：22
- 2009年
- 通过对不同沙源供给条件下各种砾石床面的风沙流结构、床面风蚀及堆积沙量变化的风洞实验,结果表明,风沙流结构是判断戈壁风沙流饱和与不饱和的一个重要途径,不同的戈壁风沙流结构对床面输、阻沙特性具有不同的指示意义。近地表0～6 cm高度内的风沙流结构决定了床面的输、阻性质,而6 cm以上的风沙流结构反映了风力对沙物质的输送状况。沙源供给的丰富与否,决定了风沙流的饱和程度,以及风沙流在砾石床面产生的蚀积状况。同等风速条件下,饱和风沙流的输沙率是非饱和风沙流输沙率的2～8倍。在饱和风沙流情形下,床面过程总体以积沙为主,且随风力的增强,床面积沙量急剧增加。在不饱和风沙流情形下,砾石床面总体以风蚀和输送沙物质过程为主,风沙流结构在0～2 cm高度内反映出砾石床面具有明显的阻沙功能,在2～5 cm高度上出现最大输沙值。
- 张伟民汪万福张克存柳本立
- 关键词：风洞实验
- 不同砾石覆盖度床面蚀积过程的野外风洞实验研究被引量：15
- 2012年
- 野外风洞实验表明,砾石床面具有捕沙和过沙的双重功能,砾石床面的输、阻性质是不同覆盖度与风动力耦合的结果。当砾石盖度小于20%时,床面基本以风蚀作用为主;当砾石覆盖度在30%～50%时,低风速条件下(<10 m/s),床面以强烈风积作用为主,高风速条件下(>12 m/s),床面以强烈风蚀为主,其间[(10～12)m/s]床面趋于蚀积平衡状态;当砾石覆盖度大于60%时,随着风速的增大,床面蚀积量变化不大。研究结果可应用于莫高窟顶沙砾质戈壁的风沙防治,为风沙工程增添新的思路和新技术。
- 张伟民谭立海张克存安志山张国彬邱飞詹鸿涛
- 敦煌莫高窟窟顶风沙环境综合治理回顾与展望被引量：3
- 2007年
- 本文依据长期连续野外的风况观测,对窟顶的风沙运动规律、沙丘动力学以及风沙防护效应等方面取得的进展进行了较为全面的阐述,同时提出了对综合防护体系建立后的流场变化、输沙率及粉尘输送规律、戈壁风沙流、防护前缘地形变化等进行长期监测的重要性和必要性,通过风沙物理学过程探讨其综合防护机制。
- 汪万福张伟民
- 金字塔沙丘流场的三维数值模拟被引量：13
- 2011年
- 对位于敦煌莫高窟顶部鸣沙山东麓的金字塔沙丘流场形态进行数值模拟,分析了多风向条件下沙丘的压力场和速度场变化规律。使用地面立体摄影技术获取沙丘的控制点坐标,建立了与实地沙丘等比例的三维模型,以解决二维建模不能表达3组主风向差异的问题。使用计算流体动力学(CFD)方法,采用非结构网格划分技术以适应沙丘的高度不规则地形,通过剪切压力传输模型(SST)分析计算并与以往风洞试验和数值模拟结果进行对比。模型很好地预测了沙丘底部停滞区、坡上加速区、背风坡回流区以及沙丘表面压力和风速分布等流场信息,反映了多风向条件下沙丘形态与气流的交互作用。流场中速度场的分布与压力分布直接相关。
- 柳本立张伟民彭飞谭立海
- 关键词：金字塔沙丘流场三维数值模拟
- 对耗散结构中熵的探讨被引量：3
- 2008年
- 经典耗散结构对其有序的分析虽然误用了热力学第二定律和无序度的熵,但这掩盖不了耗散结构本身的价值。耗散结构的有序是耗散结构在形成过程中各因子之间形成的相互联系,它是一个宏观整体的概念,反映了系统内部的联系程度,与无序度熵有着本质的区别。对于系统内的某一粒子、要素、子系统来说是并无有序的概念可言。耗散结构中熵的实质是宏观有序和能量转换,体现的是热力学第一定律。热力学第二定律的使用前提是孤立系统,耗散结构中并不存在孤立的内部系统,无序度熵的引入,严重误导了对熵的本质理解。不能用封闭的、静态的、机械的、线性的观点看待开放的、动态的、有机的、非线性的物理过程。探讨熵的实质,对科学研究的方法和思维有重要意义。
- 李红寿汪万福
- 关键词：热力学定律
- 敦煌莫高窟顶几种典型床面蚀积量变化过程的初步观测被引量：14
- 2008年
- 通过对莫高窟窟顶自然和人工床面的风蚀、输导及堆积沙量变化的野外监测,初步观测结果表明:在偏西风作用下,自然状况下的戈壁床面阻截了来自鸣沙山40%的沙量,其余60%的沙量进入窟区;而偏东风又可将偏西风、偏南风作用下沉积于窟顶90%的沙量吹回到鸣沙山边缘。床面阻、输性质与沙源供给状况密切相关。沙源丰富时,风沙流以较饱和形式输送,易形成输沙床面性质;沙源匮乏时,风沙流多以不饱和形式输送,形成阻沙-输沙床面性质。砾石直径较大(>4cm)的床面主要呈现堆积性质,对偏西的风沙流阻滞功效比较明显,每100m阻沙率可达45%;偏东风作用下,每100m阻沙率可达19%;而砾石直径较小(1cm)的床面,主要以风沙输沙功能为主,是一个非堆积搬运床面。
- 张伟民汪万福李志刚
- 粗糙元的空气动力学效应研究进展被引量：1
- 2014年
- 粗糙元防护作用的空气动力学效应研究是揭示其防护机理的重要基础。从剪切力、空气动力学粗糙度的角度出发,根据已有的研究成果,全面分析了半个多世纪以来粗糙元覆盖地表剪切力分解的2种主要计算方法,并阐述了空气动力学粗糙度的研究现状及目前存在的问题。分析认为,剪切力分解的2种方法虽被普遍应用,但相关参数的精确计算还存在争议;另外,针对目前空气动力学粗糙度研究中存在的问题,提出用遥感的方法来解决。
- 王晓张伟民
- 关键词：粗糙元剪切力空气动力学粗糙度遥感监测
