揭晓:惊人的沙尘暴物理学 2017-06-05 01:34:11

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所属分类 :金融

根据新的计算机模拟,沙漠颗粒的半空碰撞可以使沙尘暴的强度增加一倍

在虚拟风暴中跟踪每个沙粒的第一次分析工作 - 可以帮助预测这种破坏性天气现象如何影响周围的景观这是不容易的在计算机上重建沙尘暴这些风吹过的沙子 - 可能导致道路堆积,在建筑物和机器上吃掉,并驱动更大的过程,如侵蚀和沙丘形成 - 由不断变化的风推动的数百万个相互作用的粒子组成瑞士ETH苏黎世的物理学家Marcus Vinicius Carneiro表示,他们的复杂性甚至压倒了最强大的处理器,迫使科学家简化他们的模型

新研究的主要作者,但随着计算机速度的提高,研究人员已经能够使他们的模拟变得更加复杂最近的模型揭示了看似混乱的沙云中的层次结构在称为软床的层中离地面厘米,称为轻子的弹跳粒子在风的方向上移动在称为盐化的过程中,少量称为盐的粒子跳跃在床的上方这些粒子移动得更快并且具有更长的轨迹因为风速随着高度的增加而增加但物理学家一直在努力解释将低弹跳的轻子与高空飞行的盐分区分开来的情况,卡内罗说,他和他的同事们正在制定一项计划,首先在2011年的论文中描述,遵循轨迹

在各种风力条件下的模型风暴中的每一粒沙子它们现在可以模拟4000颗粒的运动,Carneiro指出,它不到一口沙子,但仍然是复杂性的飞跃在这项新的研究中,团队专注于以前模型不得不忽视的一个特征:空中单个谷物之间的碰撞“如果空中碰撞,数学模型变得更容易ns被忽略了,“德国埃尔兰根 - 纽伦堡大学物理学家Eric Parteli说,他没有参与这项研究

这些相互作用对沙尘暴速度和强度的影响最初被认为是微不足道的,他说团队运行模拟来测量空中碰撞对风暴强度的影响,他们测量的是通量,在给定时间内通过给定体积空气的粒子数量

他们可以在模型中打开和关闭这些碰撞看看流量变化如何团队预计粒子相互碰撞会消耗能量并减缓风暴,卡内罗说,但结果令他们感到惊讶包括模型中的空中碰撞增加了通量,在极端情况下大约加倍风暴的强度他们本月在物理评论快报上在线报道“一开始,我们认为这是一个错误,”卡内罗说,但随着研究人员的进一步探索他们的模拟,他们得出了一个解释当沙尘暴开始时,强风将一些颗粒从地面上抬起当它们撞回缓慢移动的颗粒的软床时,它们会产生飞溅,将更多的颗粒踢到空中(这种飞溅在之前的研究中已经提出了这样的效果)该团队称这些被踢的谷物倾斜当一粒谷物在回落的路上与一个上升的物质相撞时,下降的谷物被提升到更高的空气中这就是轻子如何成为高空飞行的盐水,该团队解释说,下降的盐水飞溅使得越来越多的农民越来越多地依次浮出更多的盐水当沙粒达到海拔更高的风速时,沙尘暴逐渐升级

这种更加详细和准确的模型可以帮助科学家更好地预测沙丘的运动或管理研究小组的物理学家HansJürgenHerrmann,也是苏黎世联邦理工学院的负责人,管理受侵蚀威胁的沿海土地他认为以前的模型没有采取midai考虑到碰撞已经低估了沙尘暴的强度,使他们预测风暴对景观的影响是不准确的

这种低估在风速较高时最为显着,加州大学洛杉矶分校的大气物理学家Jasper Kok指出,并没有参与这项工作这意味着忽视碰撞的模型对于除了最极端的风暴之外的所有人来说仍然是基本准确的他还注意到像团队使用的数值模型有其局限性 “即使这是一篇非常好的论文,我认为物理学都要检查出来,但需要通过实验证实”这样的实验将是一个挑战,科克说,因为在重建沙尘暴时很难防止这些空中碰撞一个风洞或测量现场风沙的速度更重要的是,他说,这一发现增加了模型与实际研究之间的差距“通常我们获得的通量高于他们在现场测量的通量而且这一结果使其均匀更糟糕的是“如果碰撞与本研究所暗示的一样重要,那么物理学家将不得不寻找其他方法来解释真实风暴与数字模拟之间日益扩大的差距ScienceNOW,科学期刊的每日在线新闻服务