Том 37, номер 02, статья № 6

Аннотация:

На основе результатов экспериментальных исследований на опустыненной территории и в ветровом канале установлены закономерности вертикального распределения сальтирующих частиц в ветропесчаном потоке, которые необходимы для понимания динамических и электрических процессов, происходящих в нем. Исследовано влияние вариаций скорости ветра в приземном слое атмосферы на вертикальное распределение сальтирующих частиц в ветропесчаном потоке на опустыненной территории в условиях квазистационарной сальтации. Предложена кусочно-экспоненциальная аппроксимация вертикальных профилей концентрации частиц с независимым от скорости ветра масштабом высоты и логарифмическим градиентом концентрации в нижнем слое сальтации. По данным измерений профилей потока сальтирующих частиц в ветровом канале получены зависимости толщины нижнего слоя сальтации и масштаба высоты для массового потока частиц в нижнем слое сальтации от размера частиц (диапазон размеров 100–800 мкм). Установлено, что масштаб высоты пропорционален размеру сальтирующих частиц. Показано, что результаты определения параметров ветропесчанного потока на опустыненной территории и в ветровом канале согласуются друг с другом. Результаты настоящей работы представляют интерес при построении моделей динамики ветропесчанного потока.

Ключевые слова:

ветропесчаный поток, сальтация, концентрация сальтирующих частиц, массовый поток частиц, вертикальный профиль, кусочно-экспоненциальная аппроксимация, масштаб высоты, толщина нижнего слоя сальтации

Список литературы:

1. Bagnold R.A. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. London: Methuen, 1941. 265 р.
2. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 158 с.
3. Shao Y. Physics and Modeling of Wind Erosion. New York: Springer, 2000. 393 р.
4. Zheng X.Y. Mechanics of Windblown Sand Movements. Berlin: Springer-Verlag, 2009. 290 р.
5. Семенов О.Е. Введение в экспериментальную метеорологию и климатологию песчаных бурь. Алматы: КазНИИЭК, 2011. 580 с.
6. Pye K., Tsoar H. Aeolian Sand and Sand Dunes. Berlin: Springer, 2009. 456 p.
7. Kok J.F., Parteli E.J.R., Michaels T.I., Karam D.B. The physics of wind-blown sand and dust // Rep. Prog. Phys. 2012. V. 75, N 10. P. 106901.
8. Mahowald N., Albani S., Kok J.F., Engelstaeder S., Scanza R., Ward D.S., Flanner M.G. The size distribution of desert dust aerosols and its impact on the Earth system // Aeolian Research. 2014. V. 15. P. 53–71.
9. Гледзер Е.Б., Гранберг И.Г., Чхетиани О.Г. Динамика воздуха вблизи поверхности почвы и конвективный вынос аэрозоля. Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 1. P. 35–47.
10. Chkhetiani O.G., Gledzer E.B., Artamonova M.S., Iordanskii M. Dust resuspension under weak wind conditions: Direct observations and model // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 11. P. 5147–5162.
11. Rasmussen K.R., Sorensen M. Vertical variation of particle speed and flux in aeolian saltation: Measurement and modeling // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, N F2. Р. FO2S12.
12. Huang Y., Kok J.F., Martin R.L., Swet N., Katra I., Gill T.E., Reynolds R.L., Freire L.S. Fine dust emissions from active sands at coastal Oceano Dunes, California // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 5. P. 2947–2964.
13. Jiang C.W., Parteli E.J., Dong Z.B., Zhang Z.C., Qian G.Q., Luo W.Y., Lu J.F., Xiao F.J., Mei F.M. Wind-tunnel experiments of Aeolian sand transport reveal a bimodal probability distribution function for the particle lift-off velocities // Catena. 2022 V. 217. Р. 106496.
14. Малиновская Е.А., Чхетиани О.Г., Панчишкина И.Н., Петрова Г.Г., Петров А.Н. О связи приземного электрического поля и аридного аэрозоля при различ­ных ветровых условиях // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 502, № 2. С. 69–78.
15. Klose M., Shao Y. Stochastic parameterization of dust emission and application to convective atmospheric conditions // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 16. P. 7309–7320.
16. Martin K.L., Kok J.F. Wind-invariant saltation heights imply linear scaling of Aeolian saltation flux with shear stress // Sci. Adv. 2017. V. 3, N 6. Р. e1602569.
17. Ju T., Li X., Zhang H., Cai X., Song Y. Comparison of two different dust emission mechanisms over the Horqin Sandy Land area: Aerosol’s contribution and size distributions // Atmos. Environ. 2018. V. 176. P. 82–90.
18. Горчаков Г.И., Копейкин В.М., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Электризация ветропесчанного потока на опустыненных территориях // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 505, № 1. С. 88–93.
19. Горчаков Г.И., Копейкин В.М., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Пылевая плазма ветропесчанного потока на опустыненных территориях // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2022. № 5. С. 543–553.
20. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Вертикальные профили концентраций сальтирующих частиц на опустыненной территории // Докл. РАН. Науки о Земле. 2021. T. 496, № 2. С. 137–142.
21. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Вертикальное распределение алевритовых и песчаных частиц в ветропесчаном потоке над опустыненной территорией // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 5. С. 555–564.
22. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И., Бунтов Д.В. Стратификация распределения алевритовых и песчаных частиц по размерам в ветропесчаном потоке на опустыненной территории // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 6. С. 425–429; Gorchakov G.I., Karpov A.V., Gushchin R.A., Datsenko O.I., Buntov D.V. Stratification of aleurite and sand particle size distribution in windsand flux over desertified areas // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 5. P. 438–442.
23. Горчаков Г.И., Бунтов Д.В., Карпов А.В., Копейкин В.М., Мирсаитов С.Ф., Гущин Р.А., Даценко О.И. Влияние ветра на распределение сальтирующих частиц по размерам // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 10. С. 848–855; Gorchakov G.I., Buntov D.V., Karpov A.V., Kopeikin V.M., Mirsaitov S.F., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Wind effect on the size distribution of saltating particles // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 198–205.
24. Pettijohn F.G. Sedimentary Rocks. New York: Harper, 1957. 526 р.
25. Горчаков Г.И., Бунтов Д.В., Карпов А.В., Копейкин В.М., Мирсаитов С.Ф., Гущин Р.А., Даценко О.И. Алевритовая фракция сальтирующих частиц в ветропесчаном потоке на опустыненной территории // Докл. РАН. 2019. Т. 488, № 2. С. 193–196.
26. Dong Z., Qian G. Characterizing the height profile of the flux of wind-eroded sediment // Environ. Geol. 2007. V. 51, N 5. P. 835–845.
27. Williams G. Some aspects of the eolian saltation load // Sedimentology. 1964. V. 3, N 4. P. 257–287.
28. Sharp R.P. Wind-driven sand in Coachella Valley, California // Geol. Soc. Am. Bull. 1964. V. 75. P. 785–864.
29. Nickling W.G. Eolian sediment transport during dust storms: Slims River Valley, Yukon Territory // Can. J. Earth Sci. 1978. V. 15, N 7. P. 1069–1084.
30. Greeley R., Blumberg D.G., Williams S.H. Field measurement of the flux and speed of wind-blown sand // Sedimentology. 1996. V. 43, N 1. P. 41–52.
31. Ni J., Li Z.S., Mendoza C. Vertical profiles of aeolian sand mass flux // Geomorphology. 2002. V. 49, N 3, 4. P. 205–218.
32. Namikas S. Field measurement and numerical modelling of aeolian mass flux distributions on a sandy beach // Sedimentology. 2003. V. 50, N 2. P. 303–326.
33. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Копейкин В.М., Злобин И.А., Бунтов Д.В., Соколов А.В. Исследование динамики сальтирующих песчинок на опустыненных территориях // Докл. РАН. 2013. Т. 452, № 6. С. 669–676.
34. Бунтов Д.В., Гущин Р.А., Даценко О.И. Четырехканальный фотоэлектрический счетчик сальтирующих песчинок // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 6. С. 485–488; Buntov D.V., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Four-channel photoelectric counter of saltating sand particles // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 5. P. 548–551.
35. Creyssels M., Dupont P., El Moctar A., Valance A., Cantat I., Jenkins J.T., Pasini J.M., Rasmussen K.R. Saltating particles in a turbulent boundary layer: Experiment and theory // J. Fluid Mech. 2009. V. 625. P. 47–74.
36. Liu X., Dong Z. Experimental investigation of the concentration profile of a blowing sand cloud // Geomorphology. 2004. V. 60, N 3. P. 371–381.