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半岛·体育中国官方网站黄宁:从地球到火星永不停歇的沙尘之旅

发布日期:2024-06-24浏览次数:

  半岛·体育中国官方网站黄宁:从地球到火星永不停歇的沙尘之旅在遥远的西北,沙漠与雪地总是不断交织。在风的吹拂下,这两种地表的微小颗粒能引起巨大变化,从而形成沙尘暴、雪暴等自然灾害,对人们的生活造成极大困扰,威胁人们的出行安全。

  兰州大学土木工程与力学学院教授黄宁从流体力学入手,深入研究颗粒在风的作用下的运动规律,探索预防和消除沙尘暴、雪暴等问题的有效方法。通过实地观测、实验分析等方式,他发现颗粒的运动与风的速度、方向以及地形等因素密切相关,通过改变颗粒的排列和结构,可以有效减少风的作用力。

  1984年,黄宁选择力学专业,开启了学以致用的探索之路。这一选择源于当时系主任的一句话:“将数学作为工具应用到其他学科,可以更好地造福人类。”

  1997年,年轻的黄宁站在人生的十字路口,怀揣对知识的渴望和对未来的憧憬,准备踏入博士研究阶段的大门。那一年,他拿到了导师郑晓静(2009年当选中国科学院院士)的研究课题——风沙两相流现象。这是国际学界最具挑战性的难题之一,也是重大国家需求。

  风沙电现象,充满着神秘和未知。在风沙暴中,沙粒之间相互碰撞、摩擦产生静电,形成了独特的风沙电现象。这一看似微不足道的现象,却对整个风沙运动有着深远影响。对于这个选题,黄宁感受到的不仅是挑战,更是一种使命的召唤。

  “上世纪90年代,中国北方地区面临严重的沙尘暴危害,对于沙尘暴中风沙电研究,国内还是一片空白。”黄宁表示,作为一名西北人,他想为家乡做些什么。

  黄宁深知,这个选题非常前沿,也十分迫切。沙尘暴灾害是环境灾害中亟待解决的难题,全球都在寻找解决之道。揭示风沙电现象的奥秘,或许就是消除沙尘暴灾害的关键所在。

  为了深入了解各地的风沙活动,黄宁带领团队在甘肃敦煌、金塔、金昌等地设立观测点,长期进行定点观测,他们记录数据、拍摄照片,积累了大量的第一手资料。同时,他们还利用数值模拟技术模拟风沙运动过程,以期更深入理解其成因和特征。

  在科研之路上,他们常常与危险不期而遇。一次,正当他们例行观测时,天空突然变暗,风力骤然加大。这是黑风暴来临的征兆。黑风暴是沙漠中一种极端天气现象,威力足以将整支研究队伍吞没。黄宁知道,此时与外界的联系已经中断,他们被困在了沙漠深处。

  面对这样的危险,黄宁并没有惊慌失措。他迅速组织团队,采取一系列紧急措施保护人身安全,并防止沙尘暴对仪器造成损害。同时,他们密切关注风向,寻找最佳逃生路线。

  在接下来的几个小时里,黄宁和团队成员与黑风暴展开了一场生死较量。黑风暴的威力超出了他们的想象,整个天空被沙尘笼罩,能见度几乎为零。最终,在漫长而艰难的等待后,风暴终于逐渐减弱,黄宁和团队成员凭借勇气和智慧与风暴抗衡,成功躲过了这场灾难。这次经历让黄宁更加深刻认识到沙漠的威力,也让他更加敬畏自然。

  日复一日,年复一年,黄宁和他的团队逐渐摸清了风沙运动的特征和成因,也发现了不同地区之间的差异。

  经过20多年的努力,他从防风、阻沙、固沙等角度出发,因地制宜地提出综合治理方案,结合风沙运动的基础理论,将共性与特性相结合,在风沙两相流领域取得了重要研究成果,为理解这一复杂现象提供了重要的科学依据,推动了我国风沙环境力学领域研究,提升了我国在该领域的国际影响力。2018年,黄宁与导师周又和(2021年当选为中国科学院院士)、郑晓静一起获得国家自然科学奖二等奖。

  兰新铁路西段全长123公里,这个区间一年有300多天都在刮8级以上大风,12级风说刮就刮,被称作“百里风区”。

  在这里,大风携带沙尘bandao体育,半岛体育官网入口,严重风蚀路基、桥涵等铁路设施。车窗玻璃被打碎、车体油漆被磨损、货物被吹走,甚至列车脱轨的事故也时有发生。风区的铁路职工们每天都在与风沙搏斗,以保证铁路的正常运营。

  黄宁受委托为兰新铁路设计挡风墙,经过反复研究和试验,铁路风向位置上一道坚固的挡墙终于被设计出来。这道挡墙以低成本为前提,最大限度避免了强横风造成列车倾覆的危险,起到了非常好的防护效果。

  然而,10年后,新问题出现了。挡风墙虽然挡住了强风,却加重了其防护的铁轨区域的积沙问题。面对新挑战,黄宁再次深入开展研究,弄清了积沙加重的原因和机制,并给出了解决方案。

  沿着世界第二大流动沙漠——塔克拉玛干沙漠南缘由西向东的铁路,约有3/4路段在沙漠中bandao体育,半岛体育官网入口。这是世界上首条环沙漠铁路,风沙对铁路建设和运营危害严重。

  在这里,黄宁与团队顶着烈日、风沙,经过无数次试验和修正,成功开发出适用于该区域沙漠地表的铁路风沙运动计算模型与程序,为防沙治沙工程提供科学依据。

  他发现,风向、沙粒的粒径和分布等因素都会影响风沙的运动轨迹。在此基础上,黄宁提出了防沙治沙的优化设计方案,建议采用特定植被、建设挡风墙和排水系统等,减少风沙对铁路的影响。这些方案不仅提高了铁路的安全性,还为当地的生态环境保护提供了有益借鉴。

  由于黄宁发表的一篇关于风沙的学术论文,美国探索频道的编辑联系到黄宁,希望他接受一次专访。对此,黄宁欣然接受。他希望借此让全球更多人了解风沙研究的价值与环境保护的重要性。

  “沙漠是自然界较为典型的一种地貌类型。我们对这片区域充满好奇,因为它有太多未知,这是我们工作的动力。”黄宁说。

  祁连山,中国西部的一颗明珠,其积雪是河西走廊的主要淡水资源,不仅关乎当地居民的生活,更关乎整个亚洲的生态平衡。随着全球气候变化加剧,祁连山的积雪状况备受关注。

  近年来,黄宁逐渐将研究重点从风沙转向积雪,通过遥感监测和实地考察,深入研究了祁连山积雪的分布和变化规律。

  在崇山峻岭间穿梭,在茫茫雪原上跋涉,黄宁团队收集了大量数据和样本,并揭示了这些高寒山区积雪水资源的分布规律和演化机制,研究成果不仅为科学评估这些地区的水资源奠定了理论基础,也为生态保护提供了技术支撑。

  火星沙尘暴规模大且持久,对探测任务构成严重威胁。他深知,理解这些沙尘的起因、运动规律及其对火星气候和地质的影响,对未来的火星探测任务至关重要。

  “沙尘暴是火星上的一种常见现象,可以覆盖整个星球表面,影响太阳辐射吸收和行星大气层的温度分布bandao体育,半岛体育官网入口。这些沙尘暴与地球上的沙尘暴不同,它们的规模更大,持续时间更长,可以持续数月之久。”黄宁说,“由于火星沙尘颗粒的硬度较高,它们在高速运动中会对探测器表面造成严重的磨损。”

  黄宁团队与澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室合作,通过实验观测和数值模拟,分析不同粒径和速度的沙尘颗粒对探测器表面的磨损程度,提出了定期清洁镜片和使用防尘涂层等防护建议。此外,为提高机械部件的抗堵塞性能和寿命,他们提出了优化相关仪器的机械结构、使用防尘材料等改进建议。

  “科研不是一条坦途,但我总是乐此不疲,在探索未知的路上,与收获成果的喜悦相比,一切困难都是微不足道的。从地球到火星,我还要继续我的沙尘之旅,我追求科学真理的脚步将永不停歇。”黄宁说。

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