风成沙波纹的离散粒子追踪法模拟

基于所提出的离散粒子追踪法对风成沙波纹的发展过程实现了计算机模拟.与现有模拟沙波纹的方法不同的是,该方法同时考虑了与真实沙波纹形成相关的3个主要因素,即不同粒径的众多沙粒在沙床上方所形成的风沙流、风沙流中沙粒对沙床的碰撞以及碰撞后沙粒的反弹或溅起、沙粒在床面上方的跃移和在床面的蠕移.由该方法能够成功模拟出与真实沙波纹基本一致的形成过程、几何形状和特征、分层迭片结构和移动速度以及沙波纹出现和消失的临界摩阻风速.

风成沙波纹的数值模拟及稳定性分析

本文基于颗粒的质量守恒原理,考虑了沙粒的跃移、溅移和蠕移运动,建立了风成沙波纹的非线性积分微分演化方程,并进而通过尺度变换得到了近似的微分方程。数值求解该微分方程,得到了与野外观测相一致的沙波纹斑图,同时再现了沙波纹生成、合并的非线性行为,为进一步风成地貌形成演化的理论分析提供了一种可行的数学物理方法。

风成沙波纹脊线提取与应用计算

风成沙波纹是沙质地表在风力作用下形成的最小地貌单元,对研究风沙的起动过程和运动过程极其重要,同时,沙波纹形态特征的研究为了解大尺度范围风沙地貌形态演变提供理论基础。然而由于风成沙波纹尺度较小,形成速度较快,导致对其形态特征的观测比较困难。近些年,随着计算机图形学的迅猛发展,数字图像处理方法得到了较大发展,使得测量和计算更加便捷。本文基于高清相机拍摄的风成沙波纹图像,借助于Matlab平台,采用数字图像处理技术,对沙波纹脊线进行提取,并应用于沙波纹形态参数计算。本文选取腾格里沙漠东南缘的沙波纹进行验证分析,得到风成沙波纹波长的正态分布规律,沙波纹的波长随时间逐渐增长,在40min的时间范围内,波长由不足1cm逐步发展到接近10cm。最后,采用数字图像处理方法,计算了沙波纹脊线长度和波长。采用数字图像处理方法,波长等数据更易于获取和统计,数据采集效率大大提高,为风成沙波纹的研究提供了新的方法。

风成沙波纹数学模型综述

风成沙波纹是风力作用下地表形成的最基本的地貌类型。近年来,随着计算机技术的迅猛发展,风成沙波纹数值模拟研究越来越引起重视。本文简要介绍了风成沙波纹数学建模的理论基础,并将已有的风成沙波纹数学模型划分为3类,着重介绍了几个经典的风成沙波纹数学模型,详细列举了这些模型的假设条件和数学表达,分析了他们的优缺点。目前,风成沙波纹数学建模的两个基本理论依据为:一个是地表坡度变化导致的蠕移沙通量的变化;另一个是跃移长度随沙床面高度变化的规律,但目前关于此理论的研究并不多。最后,总结和展望了这一领域的研究方向和前景。