High-resolution analyses on sediment transport of blowing snow and duststorm with large-scale wind tunnel

大型风洞高分辨率吹雪沙尘暴输沙分析

基本信息

批准号：
20H01983
负责人：
新屋啓文
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では，吹雪や砂嵐に代表される固気混相流が引き起こす自然災害の基礎理解に資するため，風成作用による粒子輸送現象の発生・発達で主要な役割を担う地表面の侵食・堆積過程に着目している．本年度（2年目）では，1年目に構築した実験系で雪粒子のスプラッシュ過程（雪面への雪の衝突）を高速度撮影するとともに，砂床の乾湿に応じた飛砂の発生条件に関して砂浜で現地観測を実施した．飛雪の風洞実験は，防災科学技術研究所の雪氷防災研究センター・新庄雪氷環境実験所の低温風洞装置で行われた．人工雪を風洞底面に敷き詰め，風洞入口から十分に離れた地点でデジタルスチルカメラによりスプラッシュ過程を撮影した．飛雪粒子の可視化に用いたレーザー光の雪面での反射を抑えるため，雪面と水平にレーザー光を照射した．その結果，風洞の上部および側面の2方向から飛雪粒子を撮影することに成功した．一方，飛砂の野外観測は新潟県沿岸部の五十嵐浜で実施され，冬期に降水が多いものの強風によって湿った砂浜で飛砂が発生している．ポータブル型超音波風向風速計で飛砂の発生条件を調べるとともに，自動撮影カメラで飛砂の有無と輸送状態（間欠性，連続性）を判定し，さらに，土壌水分センサーで砂浜の湿り具合を体積含水率で定量化した．その結果，10分間隔で乱流強度を示す摩擦速度と飛砂の発生確率を整理したところ，湿った砂面での飛砂の臨界摩擦速度は乾燥した砂面の1.5倍程であった．野外観測で飛砂発生に及ぼす地表面の乾湿状態の効果を示すことに成功したが，含水率と臨界摩擦速度の関係を解明するための風洞実験が必須と考えられる．

在本研究项目中，为了有助于对固-空气混合相流引起的自然灾害（如暴风雪和沙尘暴）有一个基本的了解，我们将重点关注地表的侵蚀和沉积，这在自然灾害中发挥着重要作用。我们关注的是风成过程引起的粒子输运现象的产生和发展。本财年（第二年），我们将利用第一年搭建的实验系统，拍摄雪粒飞溅过程（雪与雪面碰撞）的高速照片，并考察飞行时的条件。沙子的出现取决于沙床的干燥度和湿度，在沙滩上进行了实地观察。飞雪风洞实验是在国家地球科学与防灾研究院冰雪灾害防灾研究中心和新庄冰雪环境实验室的低温风洞设备中进行的。在风洞底部铺上人造雪，在距离风洞入口足够远的地方用数码相机拍摄飞溅过程。为了抑制用于使雪表面上的飞雪颗粒可视化的激光的反射，将激光水平地照射到雪表面。结果，我们成功地从两个方向拍摄了飞舞的雪粒：风洞的顶部和侧面。另一方面，在新泻县海岸的五十岚海滩进行了飞沙的实地观测，虽然冬季降水较多，但强风导致潮湿的沙滩出现扬沙现象。除了使用便携式超声波风速计调查风沙发生的条件外，还使用自动摄像机来确定风沙的存在与否及其输送状态（间歇、连续），并使用土壤湿度传感器来测量海滩的湿度是通过体积含水量来量化的。结果，当我们分析表示湍流强度的摩擦速度和每隔10分钟出现飞沙的概率时，我们发现湿沙表面飞沙的临界摩擦速度约为1.5倍。在干燥的沙子表面上。尽管我们通过现场观察成功证明了地面干燥和潮湿条件对飞沙产生的影响，但风洞实验被认为对于阐明水分含量和临界摩擦速度之间的关系至关重要。