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实验室沙尘暴野外观测研究成果首次在流体力学顶尖期刊Journal of Fluid Mechanics上发表

【来源:西部灾害与环境力学教育部重点研究室 | 发布日期:2016-10-08 | 作者:klmwde 】     【选择字号:

近日,流体力学研究领域的顶级权威期刊 Journal of Fluid Mechanics发表我校西部灾害与环境力学教育部重点实验室郑晓静院士研究团队在民勤沙尘暴野外观测站的大气表界层内大尺度湍流运动的研究成果“Very large scale motions in the Atmospheric surface layer: a field investigation(Guohua Wang, and Xiaojing Zheng. J. Fluid Mech. 802,464-489(2016))”,论文作者为郑晓静院士和她指导的博士王国华,论文研究受到国家自然科学基金的重点项目和重大项目的资助。这一论文的发表标志着我校风沙环境力学研究进入到了流体力学的深层次前沿。

壁湍流问题是流体力学经典研究课题之一,而高雷诺数情形下壁湍流统计特征的标度关系及大尺度的湍流结构形成与演化的机理研究是当前流体物理与流体力学前沿的热点研究课题。受自然环境的影响,历史上甘肃民勤的青土湖(约300平方公里)现已干枯为平坦沙漠地貌,成为当前国际上开展风沙与沙尘暴野外观测的最好场地。郑晓静院士领导的研究团队针对风沙环境力学除了开展理论研究和可控风洞实验研究外,还一直投入到风沙与沙尘暴的野外观测研究并在此地建立了占地25亩“青土湖观测列阵”(QLOA),近6年内实现了大气表面层风沙与50余场沙尘暴运动多物理量的空间同步观测,获得了目前国际上壁湍流的最大雷诺数(高达10^6~7)观测值。这篇发表的论文,主要在观测结果的基础上揭示出了大气表面层大尺度湍流结构湍动能的尺度分布特征及其沿高度变化的新规律。即观测结果显示出在高雷诺数下大气表面层内超大尺度湍流结构的含能是随高度上升而增加的,这不同于以往在中低雷诺数情形的实验特征。在此基础上,论文还给出了这一新规律所包含的新的内在机制:即意味着大气表面层中除了自下而上的近壁能量循坏之外,还可能存在其它的能量来源。例如,在表面层外存在着更大尺度“涡”的自上而下的剪切破碎过程。本文结果加深了对大气表面层中超大尺度结构形成与演化的新认识,为进一步深入揭示大气表面层中物质传输(如沙尘暴过程等)机制奠定了基础。

新闻链接:

Journal of Fluid Mechanics 是由英国剑桥大学出版社(CAMBRIDGE UNIV PRESS)创办最早的国际流体力学顶级学术期刊(Leading Journal),已历经近百年。该顶级流体力学学术期刊发表的论文涵盖了流体力学领域各个分支,包括理论分析、数值计算和实验研究等方面的权威文章(authoritative articles),审稿极其严格,能否在该期刊上发表论文已成为流体力学研究领域判断其研究是否进入前沿的标志之一。对论文的要求可详见其期刊主页上的介绍:“Journal of Fluid Mechanics is the leading international journal in the field and is essential reading for all those concerned with developments in fluid mechanics. It publishes authoritative articles covering theoretical, computational and experimental investigations of all aspects of the mechanics of fluids. Each issue contains papers on both the fundamental aspects of fluid mechanics, and their applications to other fields such as aeronautics, astrophysics, biology, chemical and mechanical engineering, hydraulics, meteorology, oceanography, geology, acoustics and combustion.”--------摘自JFM期刊主页https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics