項(xiàng)目名稱(chēng)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的多場(chǎng)耦合特性及規(guī)律的力學(xué)研究

1、項(xiàng)目名稱(chēng)：項(xiàng)目名稱(chēng)：風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的多場(chǎng)耦合特性及規(guī)律的力學(xué)研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的多場(chǎng)耦合特性及規(guī)律的力學(xué)研究申報(bào)獎(jiǎng)種：申報(bào)獎(jiǎng)種：2018年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目完成人：項(xiàng)目完成人：周又和、鄭曉靜、黃寧周又和、鄭曉靜、黃寧項(xiàng)目簡(jiǎn)介：項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本項(xiàng)目屬力學(xué)學(xué)科，與物理、環(huán)境等學(xué)科關(guān)聯(lián)。沙漠化與沙塵暴是備受?chē)?guó)際關(guān)注的重大環(huán)境災(zāi)害，其產(chǎn)生主因是大量散體沙粒在風(fēng)場(chǎng)作用下的集群運(yùn)動(dòng)，即風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)。由于沙粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性以及與風(fēng)場(chǎng)湍流和與流動(dòng)沙

2、床表面間的互饋所導(dǎo)致的多重非線(xiàn)性、兩相流與熱對(duì)流和風(fēng)沙電場(chǎng)的多場(chǎng)耦合性、沙粒碰撞地表的擊濺過(guò)程與風(fēng)沙流形成演化過(guò)程交織的跨尺度性，使得對(duì)風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知和揭示一直成為風(fēng)沙物理學(xué)和沙漠化研究的難點(diǎn)。2005年《Science》列出125個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題中唯一與力學(xué)直接相關(guān)的“能否發(fā)展關(guān)于湍流動(dòng)力學(xué)和顆粒材料運(yùn)動(dòng)學(xué)的統(tǒng)一理論”，風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)研究作為這類(lèi)重要科學(xué)問(wèn)題的一典型對(duì)象是力學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1）在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)方面，提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)測(cè)

3、量可靠性的新方法，開(kāi)創(chuàng)了風(fēng)沙電效應(yīng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。提出了對(duì)風(fēng)沙流單寬輸沙率測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度處理的一種新方法，由此給出的解析公式解決了包括已有著名公式在內(nèi)的50余種預(yù)報(bào)公式的預(yù)報(bào)值相差達(dá)2倍的適用問(wèn)題；率先開(kāi)展了風(fēng)沙流中沙粒帶電與風(fēng)沙電場(chǎng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，揭示出沙粒所帶電荷極性的尺度效應(yīng)和荷質(zhì)比的變化規(guī)律，并研制出抗風(fēng)沙干擾性強(qiáng)且測(cè)量精度高的風(fēng)沙電場(chǎng)測(cè)量?jī)x；2）在基礎(chǔ)性建模方面，建立了描述和表征風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵力學(xué)過(guò)程且實(shí)現(xiàn)定量化預(yù)測(cè)的新的理論模型。

4、建“最重要的模型”、“取得了顯著進(jìn)步”和“非常重要的貢獻(xiàn)”等。本項(xiàng)目于2017年獲教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)?？陀^(guān)評(píng)價(jià)：客觀(guān)評(píng)價(jià)：本項(xiàng)目是從力學(xué)的角度對(duì)自然界的風(fēng)沙流開(kāi)展基本實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)、理論模型建立和定量分析預(yù)測(cè)的交叉性交叉性研究，研究成果除部分發(fā)表在力學(xué)期刊外，大多發(fā)表在在國(guó)際地學(xué)權(quán)威期刊，如《地球物理學(xué)報(bào)》(J.Geophys.Res.)和有關(guān)顆粒物理的期刊，如《Phys.Rev.E》和《Eur.Phys.J.E》等，并得到包括一些著名學(xué)

5、者在內(nèi)的同行發(fā)表在著名期刊，如《Nature》和《Naturephysics》和一些相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)期刊如《Int.J.Pharm.》、《Sedimentology》、《PlaSpaceSci.》、《Phys.Rev.Lett.》、《Rep.Prog.Phys.》、《J.Electrost.》等上的文章的肯定性評(píng)價(jià)，和對(duì)本項(xiàng)目所建模型的大篇幅直接采用。盡管由于定量研究風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的難度大、研究人員偏少，但仍有包括美國(guó)、英國(guó)、日本、以色列等國(guó)在內(nèi)的

6、近百位學(xué)者正面引用了本項(xiàng)目工作，這些學(xué)者涉及的領(lǐng)域除地學(xué)外還包括化工、藥學(xué)和空間科學(xué)等。由此在一定程度上反映了本項(xiàng)目研究引領(lǐng)的公認(rèn)程度的廣泛性。1、代表作代表作1被著名學(xué)者列為風(fēng)沙物理學(xué)創(chuàng)始人被著名學(xué)者列為風(fēng)沙物理學(xué)創(chuàng)始人BagnoldBagnold（19411941）工作的后續(xù)典型進(jìn)展。工作的后續(xù)典型進(jìn)展。如：發(fā)表在氣象學(xué)科1區(qū)期刊《Atmos.Chem.Phys.》(IF：5.114)的文章“從Bagnold給出的u3關(guān)系開(kāi)始，目前

7、有許多與摩阻風(fēng)速有關(guān)的輸沙率公式。Zhou等(2002)討論了其中與臨界啟動(dòng)摩阻風(fēng)速u(mài)cr有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式”(見(jiàn)附件76引文5)；又如《Int.J.Mod.Phys.C》和《Granul.Matter》主編、顆粒物理著名學(xué)者、主編、顆粒物理著名學(xué)者、MaxPlanck獎(jiǎng)獲得者獲得者Herrmann在《Phys.Rev.E》、《Eur.Phys.J.E》、《Phys.A》和《Phys.Rev.Lett.》的4篇論文也是如此，且是唯一的中國(guó)學(xué)