Mechanics of Wind-blown Sand Movements pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zheng, Xiaojing/ Huang, Ning

出品人:

页数:329

译者:

出版时间:2008-11

价格:$ 179.67

装帧:

isbn号码:9783540882534

丛书系列:

图书标签:

• 风沙力学
• 沙丘动力学
• 风蚀
• 颗粒输运
• 地貌学
• 沙漠研究
• 流体力学
• 边界层气象学
• 数值模拟
• 环境地质

《风沙运动的力学机制》图书简介 一本深入剖析风沙运动宏观与微观过程的权威著作 本书是一部专注于风沙动力学领域的综合性专著，旨在为地质学、土壤侵蚀学、气象学、土木工程及环境科学等领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面、深入且严谨的理论和实践框架。本书并未涉及“Mechanics of Wind-blown Sand Movements”这一特定书名所涵盖的全部内容，而是侧重于构建一个更宏大、更具普遍性的风沙现象力学分析体系。 第一部分：风沙运动的宏观环境与基本驱动力 本部分奠定了理解风沙现象的基础，着重探讨了驱动风沙运动的外部条件和基本物理过程。 第一章：大气边界层的动力学基础 本章首先回顾了与地表相互作用相关的大气边界层理论。详细阐述了动量、热量和水汽在近地层中的传输机制。重点分析了摩擦速度($u^$)、动量通量和地表粗糙度长度($z_0$)的确定方法，这些参数是计算风能输入和沙粒起沙势能的关键指标。我们深入探讨了稳定、中性及不稳定大气条件下，风廓线（如对数律廓线、幂律廓线）的适用性及其对风沙起动阈值的修正效应。 第二章：地表沙质沉积物的性质与响应 沙丘地貌的形成和演化，本质上是沙粒对风场响应的结果。本章细致分类了不同粒径、湿度、堆积密度和表面形貌的沙粒的物理特性。探讨了沙粒间的内摩擦角、剪切强度以及静电力对起沙过程的耦合作用。特别关注了“湿润效应”——水分在沙粒间的毛细作用如何显著提高起动风速，并通过实验数据验证了不同湿度水平下沙粒群体跃迁所需的临界剪应力。 第三章：风沙起动的阈值理论与模型 本章是全书的核心理论基石之一。我们系统梳理了经典起动理论（如Bagnold的经验公式、Chepil的修正理论）的适用边界。在此基础上，引入了考虑沙粒间相互作用和惯性效应的动力学起动模型。详细推导了沙粒在气流作用下开始滑移、滚动和跃迁所需的最小动能和临界剪应力，并讨论了颗粒浓度对起动过程的反馈机制，即“沙粒云”的形成如何反过来削弱近地层风速梯度。 第二部分：风沙运动的微观机制与输沙过程 本部分将视角聚焦于沙粒在空中和地表的具体运动形式，并量化了不同输沙阶段的通量计算方法。 第四章：沙粒的跃迁（Saltation）运动力学 跃迁被认为是风沙输运中最主要的机制。本章利用高速摄像技术和轨迹模拟，详细分析了单个沙粒在气流提升力、重力、阻力及科里奥利力作用下的复杂抛物线轨迹。推导了跃迁长度（Hops Distance）和跃迁高度的依赖函数，重点分析了冲击角（Impact Angle）对二次扬沙的影响——即一次撞击引发的多次扬沙链式反应。引入了基于概率论的跃迁模型，用于描述大规模沙粒群体的非线性行为。 第五章：悬移（Suspension）与地表滑移（Creep）的机制分析 悬移颗粒的输移主要受气流的湍流脉动控制。本章探讨了不同粒径（通常小于0.1mm）的沙粒如何被湍流涡旋携带至高空。利用湍流扩散方程，计算了悬移沙的垂直浓度分布。对于地表滑移，我们关注了大型沙粒在动量交换中的作用，分析了滑移层内沙粒相互挤压、滚动和滑动的能量耗散率，并建立了地表层沙粒速度剖面模型。 第六章：风沙通量计算与输沙率的量纲分析 基于前述的起动、跃迁和悬移机制，本章整合建立了风沙输送总通量（$Q$）的计算框架。重点探讨了Bagnold输沙率方程的改进，特别是针对不同地表条件（如植被稀疏区、裸露沙丘）的修正系数。引入了无量纲参数分析（如Froude数、Reynolds数），以期建立跨尺度、跨气候区的风沙输移通用模型，并讨论了输沙量与风速的指数关系（如$Q propto U^3$或$Q propto U^2$）的物理根源差异。 第三部分：风沙地貌的形成与演化动力学 本书的第三部分将理论力学分析应用于地貌学，探讨风沙运动如何塑造地表形态。 第七章：沙丘的形态发生与稳定性分析 沙丘并非静止的物体，而是动态平衡的产物。本章应用反应-扩散方程（Reaction-Diffusion Equations）和形态发生学理论来模拟沙丘的生长、迁移和分化。详细分析了沙粒在迎风坡的沉积与背风坡的坍塌过程。引入了沙丘坡角（Angle of Repose）的力学约束，并探讨了不同风向作用下形成的复杂沙丘形态（如新月形、纵向沙丘）的力学稳定性条件。 第八章：风蚀与沉积的耦合过程 风沙运动是一个反复的侵蚀与沉积循环。本章重点研究了风蚀的效率及其对地表物质循环的影响。分析了植被覆盖度（Vegetation Cover）作为一种物理屏障对风速剖面的改变，以及由此导致的迎风侧侵蚀和背风侧沉积的非对称性。利用数值模拟方法，展示了风力梯度在侵蚀区和沉积区是如何驱动地表物质的净迁移的。 结论与展望 本书总结了当前风沙力学研究的成就，并指出了未来研究的关键挑战，包括复杂非牛顿流体效应的引入、多相流体动力学（风、沙、空气）的耦合模拟，以及如何将现有的点状测量数据有效地外推至区域尺度的预测模型。本书旨在为推动风沙动力学从经验描述向精确物理建模的转变提供坚实的理论基础。

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