蘭州大學“風沙運動的多場耦合特性及規(guī)律的力學研究”項目獲教育部高等學?？茖W研究youxiu成果獎自然科學獎一等獎，這是繼周又和教授與鄭曉靜院士于2005年在電磁固體力學領域的研究成果獲教育部自然科學獎后再次獲得該獎項。

  該項目針對沙漠化及沙塵暴重大環(huán)境課題，開展了以揭示其特征與規(guī)律的風沙運動力學的基礎研究。我司有幸參與了項目課題的設備服務工作，為課題組從2012年開始提供高精度的風沙測量儀器及數(shù)據(jù)接收存儲設備，并提供全程的安裝調試服務，為科研提供有力的售后保障服務。

  該項目*初面臨理論模型不成熟和實驗技術限制的情況，加之遇到的多場耦合、隨機性、跨尺度、非線性等交織的共性科學難題，課題組立足科學前沿，從力學深層次上提出了一新的學術思想，將風的測量分為“展”向和“流”向進行矩陣分布，并設立30米的主塔，作為風沙主梯度進行測量研究。當流場有一個主要的流向時，渦的方向和此流向平行叫流向渦；渦的方向和此流向垂直叫展向渦。一般的渦可以分解成流向渦與展向渦兩個分量。展向觀測由八個小塔組成，每個塔垂直方向分四層觀測層。流向觀測由十五個小塔組成，每個小塔為一層觀測層。

  30米主塔為渦的主觀測點，塔上粉塵觀測分十一層，分別為0.9米、1.71米、2.5米、3.49米、5米、7.15米、8.5米、10.24米、14.65米、21米、30米觀測層。觀測每層PM10以內的粉塵濃度。粉塵儀都裝在高強度、耐腐蝕的保護箱內，使用支架安裝到鐵塔橫臂上。粉塵儀全部為供電自啟動模式，數(shù)據(jù)由一臺CR3000采集器處理，保證了數(shù)據(jù)的同步性。

  此次形成了由基礎實驗和基本模型建立和高精度定量分析方法相結合的一條合理、完整、可行的研究路線，采用了氣-沙兩相流的理論框架和研究手段，增進了對復雜系統(tǒng)隨機性、非線性、多場耦合和跨尺度等共性科學問題開展有效研究的認知，有力地促進了風沙運動力學研究的向前發(fā)展。而在基礎實驗及數(shù)據(jù)處理方法、基本理論建模及定量分析、以及有效揭示風沙流特征規(guī)律等方面均取得了原創(chuàng)成果。

  該項目所取得的研究成果已獲國內外力學、顆粒物理、大氣、環(huán)境、制藥、空間科學等領域學者的高度好評和大篇幅采用，其研究對這一領域和本學科起到了**性的作用。

  據(jù)悉，沙漠化與沙塵暴是備受國際關注的重大環(huán)境災害，其產生主因是大量散體沙粒在風場作用下的集群運動，即風沙運動。由于沙粒運動的隨機性以及與風場湍流和與流動沙床表面間的互饋所導致的多重非線性、兩相流與熱對流和風沙電場的多場耦合性、沙粒碰撞地表的擊濺過程與風沙流形成演化過程交織的跨尺度性，使得對風沙運動規(guī)律的認知和揭示一直成為風沙物理學和沙漠化研究的難點。2005年《Science》列出125個重要科學問題中唯壹與力學直接相關的問題是 “能否發(fā)展關于湍流動力學和顆粒材料運動學的統(tǒng)一理論”，而風沙運動研究作為這類重要科學問題的典型對象是力學面臨的新挑戰(zhàn)。

目前該課題組，已經在國內外發(fā)表多篇論文：

1.Tianli Bo, Xiaojing Zheng, Shaozhen Duan, Yirui Liang, The influence of sand diameter and wind velocity on sand particle lift-off and incident angles in the windblown sand flux, Sedimentary Geology, 2013, 290(4)：149-156

2.HongYou Liu，GuoHua Wang，XiaoJing Zheng，Spatial Length scales of large-scale structures in atmospheric surface layers, Physical Review Fluids,2017.6.16, 2(6):064606

3.HongYou Liu, TianLi Bo, YiRui Liang, The variation of large-scale structure inclination angles in high Reynolds number atmospheric surface layers, Physics of Fluids, 2017.3.24, 29(3):035104

4.Guohua Wang, Xiaojing Zheng, Very large scale motions in the atmospheric surface layer: a field investigation, Journal of Fluid Mechanics, 2016,802:464-489

5.Guohua Wang, Tianli Bo, Jinghong Zhang, Wei Zhu, Xiaojing Zheng, Transition region where the large-scale and very large scale motions coexcist in atmospheric surface layer, Journal of Turbulence, 2014,15(3): 172-185

6.Guohua Wang, Tianli Bo, Jinghong Zhang, Dezhen Zhu, Xiaojing Zheng, The critical frequency of the large-scale vortices and the background turbulence in desert area, Atmospheric Research, 2014,143(24):293-300