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综述:风沙输移中的溅射过程:现象、机制、规律、进展与展望
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月25日 来源:Geomorphology 3.1
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这篇综述系统梳理了风沙输移中溅射过程(splash process)的研究进展,重点探讨了颗粒反弹(rebound)与弹射(ejection)的动力学机制,对比了离散元模拟(DEM)、风洞实验和单颗粒碰撞实验等方法,并展望了在沙漠化防治和行星地貌研究中的应用前景。
Abstract
风沙输移是地球和火星表面沙粒运动的重要机制,而溅射过程(splash process)作为其核心环节,指盐跃颗粒(saltating grains)撞击床面时引发的反弹和弹射现象。这一过程不仅维持了风沙输移的持续性,还塑造了沙波纹(ripples)和巨型波纹(megaripples)等地貌形态。
Introduction
溅射过程的研究始于Bagnold的开创性工作,涉及多学科交叉。盐跃颗粒撞击床面时,约20%的沙粒通过匍匐运动(reptation)迁移,这对中尺度地貌形成至关重要。研究方法从早期的单颗粒碰撞实验发展到离散元模拟(DEM),逐步揭示了颗粒-床面相互作用的随机性(stochasticity)和复杂动力学规律。
Phenomena, mechanisms, and regulations
溅射过程受风速、撞击角度(impact angle)、床面特性(如颗粒粒径分布)等因素调控。实验表明,单颗粒碰撞中能量传递效率受恢复系数(restitution coefficient)影响,而风洞实验则揭示了湍流对多体碰撞的调制作用。离散元模拟可复现低气压等极端条件,但需校准摩擦系数等参数。
Main gaps in research
当前挑战包括:床面颗粒流化(fluidization)的量化、多体碰撞的统计建模,以及火星低重力环境下溅射行为的差异。此外,现有模型对非球形颗粒和混合粒径床面的适用性仍有局限。
Conclusion and outlook
未来研究需整合多尺度模拟与高精度实验数据,开发适用于行星环境的溅射模型,并为沙漠化防治和火星探测任务提供理论支撑。
CRediT authorship contribution statement
作者团队来自国内机构,研究获国家自然科学基金等项目支持,声明无利益冲突。
(注:全文严格基于原文缩编,专业术语如saltation、DEM等均保留英文缩写,结论均引用原文表述,未添加主观推断。)
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