论文部分内容阅读
粉尘释放是全球粉尘循环系统中的一个重要环节,土壤风蚀所释放的粉尘微粒是全球粉尘气溶胶的最重要来源,它们通过吸收与散射地面辐射跟太阳辐射来改变地面与大气之间的辐射平衡,从而导致全球气候的变化和调整,并对全球空气质量以及人类生活与健康都有显著的影响。然而至今我们对不同地表条件下的粉尘释放机制仍缺乏深刻的认识和理解。目前有多种描述地表粉尘释放的模型,或基于对野外观测数据的总结,或侧重于对物理过程的描述,但这些模型的可靠性和适用性尚缺乏系统的风洞实验验证。本文通过在风洞中对粉尘释放过程进行模拟和测量,分析不同条件下引起粉尘释放的主要机制及影响因素,进而比较和验证几种具有代表性的粉尘释放模型。结果表明:最大流体释放通量可以达到甚至超过轰击排放造成的释放通量,在没有其他因素的影响下,流体释放过程仅能维持较短时间(3分钟左右);流场条件,地表颗粒运动(跃移和蠕移),地表粉尘含量以及地表障碍物等对地表粉尘的释放都有着非常重要的作用,可以使粉尘释放通量产生量级以上的变化,而地表塑性压强能够对地表粉尘聚合团粒的破碎过程产生较大影响;地表粉尘供应的限制是制约流体释放的主要原因,同时对微弱跃移轰击时的轰击效率也有一定影响;地表更新(地表颗粒的跃移和蠕移运动)是解除粉尘供应限制的重要途径,有效的地表更新可以维持流体释放和轰击效率;Gillette&Passi(1988)模型、Lu&Shao(1999)和Shao(2004)模型的预测结果与实验测量结果吻合较好,Kok(2014)模型的预测值与实验结果几乎完全吻合,而Marticorena&Bergametti(1995)模型的预测结果相对其余模型较差。通过本文的风洞实验数据对当前的粉尘释放机制以及粉尘释放的经验参数模型或者物理机制模型进行分析,结果表明流体释放与地表更新密切相关,地表更新机制需要通过未来更深入的研究而被纳入到粉尘释放模型中以便对粉尘释放量进行更精确地预测。