雨滴溅蚀和风蚀若干机理研究_天文地球

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前言

启示作者撰写本书的动因来自三个方面。一是作者在教学工作中的思考。流水和风力侵蚀是《水土保持与生态恢复》课程的重要教学内容,但已有的教材不仅对流水和风力侵蚀力学机...

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第1章　雨滴溅蚀机理研究及模拟计算

...

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1.1　引言

地表土壤的风蚀和水蚀过程相似之处在于它们均涉及流体的动量、动能在表土颗粒之间的传递和转换(e.g.Namikas,2006;Crassous, et al., ...

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1.2　雨滴溅蚀基本物理过程

雨滴溅蚀是雨滴动能及雨滴诱导径流的动能在土壤表面消耗的物理过程(Kinnell,2005,2013)。它被鉴别为雨滴击打-土壤团聚体分离-雨滴溅蚀输送(RD-S...

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1.3　雨滴溅蚀建模思路和模型概述

自20世纪40年代开展溅蚀研究以来(Fernández-Raga,et al., 2017),前人在实验观测的基础上,先后建立了一系列的数学模型来刻画降雨因素和...

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1.4　基于单雨滴碰撞行为的Furbish et al(2007)模式建模思路及评述

...

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1.4.1　单雨滴碰撞行为模拟

单个雨滴和土壤表面碰撞行为可分为雨滴渗透、雨滴变形及雨滴碰撞前表面速度分布、颗粒加速及起跳等(Furbish, et al., 2007)。单个雨滴和土壤接触...

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1.4.2　半经验模型评述

和统计模型相比较,半经验模型的优点是能够定量地展现雨滴溅蚀过程的物理机理如雨滴动量传递与土壤颗粒溅射的关系等。Furbish et al(2007)模式模拟了单...

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1.5　基于雨滴溅蚀力学机理的数值模拟方法

基于单个雨滴溅蚀行为的数值模拟方法能从微观视角揭示雨滴动量和动能在土壤表面的传递规律,且能定量地估计溅蚀颗粒数量、起跳速度和轨迹,并为进一步模拟溅蚀输送过程提供...

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1.6　雨滴溅蚀过程模型评述

普适土壤损失预报模型(Universal Soil Loss Equation, Wischmeier ＆amp; Smith, 1965,1978)适合用来预...

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1.6.1　预先分离颗粒沉积层与雨滴溅蚀输送的模拟

从能量传递过程来看,雨滴溅蚀是雨滴动能在土壤颗粒之间的传递,其伴随着土壤团聚体分离与雨滴溅射输送,因而单个雨滴溅蚀的质量可以表述为雨滴动能的函数如式(1-28)...

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1.6.2　积水深度和流速对雨滴分离-雨滴诱导的薄层水输送的模拟

在雨滴溅蚀-雨滴诱导薄层水输送阶段(RD-RIS),溅蚀输送率可表示为式(1-31)(Kinnell, 1991),其中q′p,d,m′p,d,N′r分别为单位...

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1.6.3　动态沉积层与雨滴溅蚀-雨滴诱导薄层水输送模拟

无论是雨滴溅蚀的平地、缓坡或陡坡,均存在单位微元内雨滴分离松散颗粒在临近微元内的沉积。沉积层的形成对下层土壤颗粒的溅蚀具有保护作用,从而影响整个研究单元内雨滴输...

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1.6.4　预先分离沉积层与雨滴溅蚀-流体输送模拟

据Kinnell(2005)分析,在雨滴溅蚀-流体输送阶段(RD-FT),被雨滴溅蚀分离的土壤颗粒在薄层水中可保持长时间的悬移而不再沉积到模拟区域的床面或者即使...

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1.6.5　雨滴溅蚀过程模拟的科学问题及展望

Kinnell雨滴溅蚀动态模型(Kinnell,1994,2005,2009)能够简洁地模拟土壤表面积水和来自临近计算单元溅蚀产生的或计算单元上一个步长产生的松...

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1.7　溅射距离模拟与观测研究评述

雨滴溅蚀涉及雨滴分离和雨滴溅射等2个主要过程,溅蚀颗粒轨迹特别是溅射距离是一个关键参数,它既是溅蚀输送强度分析与模拟的依据(e.g.Riezebos ＆amp;...

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1.7.1　溅射距离分布理论分析

1.7.1.1 矩形溅蚀盘/杯情景下的溅射距离分布(溅蚀源区为矩形) 自从开展雨滴溅蚀观测研究以来 (Ellison,1947),研究人员设计了15类雨滴溅蚀测...

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1.7.2　溅射距离观测结果分析与评述

对比前人关于溅蚀强度和溅射距离的成果,可以看到雨滴溅蚀过程的复杂性及所揭示的新机理(见表1-2)。表1-2　近年来有关溅蚀输送及溅蚀距离研究结果的比较续表...

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参考文献

1.Abramowitz, M., Stegun, I.A.Handbook of mathematical functions with formulas, ...

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第2章　表土风蚀机理总论

...

22

2.1　表土风蚀的环境意义

从地质学角度来看,风力侵蚀是干旱与半干旱区地貌演化的重要动力,它塑造了各类成因和形态的沙丘和高大沙山(e.g.Bagnold,1941; Lancaster,1...

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2.2　表土风蚀机理及模拟计算评述

图2-1为表土风蚀预报的基本框架,该框架包括风沙跃移和粉尘颗粒悬移(包括粉尘的释放、输送和沉降)。除跃移和悬移之外,风沙颗粒的运动还包括蠕移(e.g.Bagno...

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2.2.1　Gillette ＆amp; Passi (1988)模型

从现有的资料来看,较早开展粉尘释放通量野外和室内研究的是Gillette小组(Gillette,et al., 1972; 1974a,b, 1980, 198...

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2.2.2　EPA模型

美国环保局EPA粉尘释放模型(OAQPS, 1977; Cowherd et al., 1979)原本是用来估算地面易散性粉尘的释放强度,最近被用来计算中国北方...

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2.2.3　邵亚平模型(Shao, 2001)

前人利用风洞实验研究了跃移过程和粉尘释放的关系(Shao, et al, 1993),证实了粉尘释放主要来自跃移冲击作用所产生的磨蚀和溅射而非湍流应力的直接抬升...

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2.2.4　DPM模型 (Alfaro ＆amp; Gomes, 2001)

DPM粉尘释放模型是对前人粉尘释放模型改进而形成的(Marticorena ＆amp; Bergametti,1995; Marticorena, et al....

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2.2.5　全球粉尘循环模型中粉尘释放的模拟

近年来先后发展了很多大气环流模式驱动的全球粉尘循环模型以评价风蚀粉尘的气候和环境效应。这些模型包括了全球粉尘的释放、输送、清除和沉降子模块。就大多数粉尘释放模...

29

参考文献

1.An, Z.S.The history and variability of the East Asian paleomonsoon climate.Qua...

30

第3章　风沙颗粒跃移起动机理及模拟计算

...

《雨滴溅蚀和风蚀若干机理研究》简介

前言

目录

第1章　雨滴溅蚀机理研究及模拟计算

1.1　引言

1.2　雨滴溅蚀基本物理过程

1.3　雨滴溅蚀建模思路和模型概述

1.4　基于单雨滴碰撞行为的Furbish et al(2007)模式建模思路及评述

1.4.1　单雨滴碰撞行为模拟

1.4.2　半经验模型评述

1.5　基于雨滴溅蚀力学机理的数值模拟方法

1.6　雨滴溅蚀过程模型评述

1.6.1　预先分离颗粒沉积层与雨滴溅蚀输送的模拟

1.6.2　积水深度和流速对雨滴分离-雨滴诱导的薄层水输送的模拟

1.6.3　动态沉积层与雨滴溅蚀-雨滴诱导薄层水输送模拟

1.6.4　预先分离沉积层与雨滴溅蚀-流体输送模拟

1.6.5　雨滴溅蚀过程模拟的科学问题及展望

1.7　溅射距离模拟与观测研究评述

1.7.1　溅射距离分布理论分析

1.7.2　溅射距离观测结果分析与评述

参考文献

第2章　表土风蚀机理总论

2.1　表土风蚀的环境意义

2.2　表土风蚀机理及模拟计算评述

2.2.1　Gillette ＆amp; Passi (1988)模型

2.2.2　EPA模型

2.2.3　邵亚平模型(Shao, 2001)

2.2.4　DPM模型 (Alfaro ＆amp; Gomes, 2001)

2.2.5　全球粉尘循环模型中粉尘释放的模拟

参考文献

第3章　风沙颗粒跃移起动机理及模拟计算

《雨滴溅蚀和风蚀若干机理研究》简介

前言

目录

第1章 雨滴溅蚀机理研究及模拟计算

1.1 引言

1.2 雨滴溅蚀基本物理过程

1.3 雨滴溅蚀建模思路和模型概述

1.4 基于单雨滴碰撞行为的Furbish et al(2007)模式建模思路及评述

1.4.1 单雨滴碰撞行为模拟

1.4.2 半经验模型评述

1.5 基于雨滴溅蚀力学机理的数值模拟方法

1.6 雨滴溅蚀过程模型评述

1.6.1 预先分离颗粒沉积层与雨滴溅蚀输送的模拟

1.6.2 积水深度和流速对雨滴分离-雨滴诱导的薄层水输送的模拟

1.6.3 动态沉积层与雨滴溅蚀-雨滴诱导薄层水输送模拟

1.6.4 预先分离沉积层与雨滴溅蚀-流体输送模拟

1.6.5 雨滴溅蚀过程模拟的科学问题及展望

1.7 溅射距离模拟与观测研究评述

1.7.1 溅射距离分布理论分析

1.7.2 溅射距离观测结果分析与评述

参考文献

第2章 表土风蚀机理总论

2.1 表土风蚀的环境意义

2.2 表土风蚀机理及模拟计算评述

2.2.1 Gillette ＆amp; Passi (1988)模型

2.2.2 EPA模型

2.2.3 邵亚平模型(Shao, 2001)

2.2.4 DPM模型 (Alfaro ＆amp; Gomes, 2001)

2.2.5 全球粉尘循环模型中粉尘释放的模拟

参考文献

第3章 风沙颗粒跃移起动机理及模拟计算

第1章　雨滴溅蚀机理研究及模拟计算

1.1　引言

1.2　雨滴溅蚀基本物理过程

1.3　雨滴溅蚀建模思路和模型概述

1.4　基于单雨滴碰撞行为的Furbish et al(2007)模式建模思路及评述

1.4.1　单雨滴碰撞行为模拟

1.4.2　半经验模型评述

1.5　基于雨滴溅蚀力学机理的数值模拟方法

1.6　雨滴溅蚀过程模型评述

1.6.1　预先分离颗粒沉积层与雨滴溅蚀输送的模拟

1.6.2　积水深度和流速对雨滴分离-雨滴诱导的薄层水输送的模拟

1.6.3　动态沉积层与雨滴溅蚀-雨滴诱导薄层水输送模拟

1.6.4　预先分离沉积层与雨滴溅蚀-流体输送模拟

1.6.5　雨滴溅蚀过程模拟的科学问题及展望

1.7　溅射距离模拟与观测研究评述

1.7.1　溅射距离分布理论分析

1.7.2　溅射距离观测结果分析与评述

第2章　表土风蚀机理总论

2.1　表土风蚀的环境意义

2.2　表土风蚀机理及模拟计算评述

2.2.1　Gillette ＆amp; Passi (1988)模型

2.2.2　EPA模型

2.2.3　邵亚平模型(Shao, 2001)

2.2.4　DPM模型 (Alfaro ＆amp; Gomes, 2001)

2.2.5　全球粉尘循环模型中粉尘释放的模拟

第3章　风沙颗粒跃移起动机理及模拟计算