沙丘场时空演化跨尺度动力学模型及其仿真研究

发布时间：2021-04-22 16:44

　　沙漠化或者荒漠化问题是我国,特别是西北地区,的最大环境问题之一。定量预测沙漠或荒漠边缘的扩展速度、准确评估相关防治措施的有效性,有着十分重要的现实意义。风成沙丘场的演化过程是一类典型的时空多尺度问题,目前采用不同手段所进行野外观测,包括对其它星球,如火星,都还难以获得其演化的全过程,也尚未见对其成功模拟的例子。因此,对风成沙丘场的演化过程建立可靠、有效的定量模拟的方法,不仅是非常必要的,而且也是从一个侧面对多尺度科学问题的探索,有着十分重要的科学意义。本学位论文对风成沙丘场提出了一种耦合尺度普适模型,其中不仅包含了沙粒碰撞与跃移、风沙流形成与持续、沙丘场演化这三种时空尺度且跨越8-9个数量级及其相互的耦合,而且可适用于不同来流风场和地表等情况。该模型的主要创新点为1)建立了一种计算沙丘场局地风场的新模式,使得对由沙丘场地表形态变化引起的风速变化的处理更加合理并接近实际;2)在引入一个宏观上远小于沙丘场尺度而微观上又包含了足够多的沙粒运动微观信息的细观尺度上的“沙体元”后,首次提出了“沙体元”的“覆盖因子”和“传输因子”这2个风沙运动研究中的新的统计量,由此搭建起“沙体元”的厚度和在给定... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
致谢
目录
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
        1.2.1 关于风沙流的形成和发展
        1.2.2 关于风成沙丘和沙丘场的观测研究
        1.2.3 风成沙丘和沙丘场的理论研究
        1.2.4 存在的关键科学问题
    1.3 本论文的主要工作
第二章 风成沙丘的观测研究
    2.1 野外观测和风洞实验
        2.1.1 野外测量的地点和方法
        2.1.2 沙丘迎风坡风速的风洞实验
    2.2 测量结果分析
        2.2.1 沙丘形态特征
        2.2.2 新月形沙丘形态关系
        2.2.3 沙丘移动速度
        2.2.4 关于沙丘迎风坡风速加速
    2.3 小结
第三章 沙丘场演化过程定量模拟的尺度耦合普适模型
    3.1 模型的基本思路和框架
        3.1.1 基本思路
        3.1.2 基本框架
    3.2 关键参数的推导
        3.2.1 实际摩阻风速
        3.2.2 输沙率
        3.2.3 "沙体元"平均厚度
        3.2.4 "沙体元"移动距离
    3.3 并行方案
    3.4 其它参数的选取
        3.4.1 模拟区域大小的影响
        3.4.2 "沙体元"面积的影响
        3.4.3 保护区范围的影响
        3.4.4 背风坡角度和时间步长的影响
    3.5 若干特殊情况的分析
        3.5.1 沙漠-荒漠-绿洲区域
        3.5.2 绿洲区内的沙丘场
        3.5.3 沙丘场内铺设草方格
        3.5.4 火星沙丘场
    3.6 小结
第四章 风成沙丘场的演化
    4.1 单一风向作用下的风成沙丘场
        4.1.1 沙丘场演化过程的模拟结果
        4.1.2 临界沙源厚度
        4.1.3 沙丘特征尺度的变化规律
    4.2 新月形沙丘的迁移及形态演变
        4.2.1 沙丘的移动速度
        4.2.2 沙丘的不稳定特征
        4.2.3 沙丘的碰撞行为
        4.2.4 沙丘的形态变化（风向）
    4.3 多风向作用下的沙丘场
    4.4 小结
第五章 沙丘场演化过程定量模拟的尺度耦合普适模型推广
    5.1 沙漠-荒漠-绿洲区域沙丘场
        5.1.1 沙漠-荒漠-绿洲区域沙丘场形态
        5.1.2 沙漠-荒漠-绿洲区域沙丘场扩展速度
        5.1.3 沙漠-荒漠-绿洲区域沙丘场对沙漠沙丘场的影响
    5.2 人为因素影响
    5.3 草场内部沙丘场
    5.4 小结
第六章 火星风成沙丘场研究
    6.1 火星风成沙丘场形成和发展过程及形态
    6.2 火星风成沙丘移动
    6.3 风向变化对风成沙丘形态的影响
    6.4 小结
第七章 结束语
参考文献
主要变量符号
研究生在读期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
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[3]决不能让民勤成为第二个罗布泊[J]. 李芳,胡永效.  中国林业. 2008(20)
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[5]决不能让民勤成为第二个罗布泊[J]. 赵承.  中国林业. 2007(20)
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[7]民勤绿洲边缘带灌丛沙丘防风作用研究[J]. 王升堂,邹学勇,张春来,程宏.  地理科学. 2007(01)
[8]乌兰布和沙漠新月形沙丘迎风坡风速变化的初步研究[J]. 杨婷婷,丁国栋,郝玉光,马士龙,尚润阳.  水土保持研究. 2006(03)
[9]民勤绿洲荒漠交错带三种沙丘类型的自然植被特征[J]. 王具元,蒋志荣,王继和,张登红.  甘肃农业大学学报. 2006(02)
[10]甘南玛曲县草地沙化现状成因及治理对策[J]. 卡召加.  甘肃农业. 2005(06)



本文编号：3154115