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粒主要集中在近源地区，而粒径小于 10 微米的沙尘颗粒物数量在远离源区的地区显著增加。

根据 2002 年 3 月在日本西海岸收集的沙尘暴期间大气气溶胶样本，可以发现，相比于非沙尘

暴期间的大气粉尘粒度的分布，大于 5 微米的颗粒物浓度显著增加[12]。沙尘暴期间，大气溶 胶的物理化学性质也有着很大的变化，首先 Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na 等地壳中的元素含量 有了明显提高，其次，大气气溶胶的质量浓度也增高了许多，比如 1990 年北京地区发生的沙 尘暴天气，其大气溶胶质量浓度达到了 1。14947×104μg/m3，为二十年来最高的一次[13]。再如 1993 年发生在甘肃金昌的黑风暴天气，当时的大气气溶胶质量浓度高达 1。017×106μg/m3。 

沙尘颗粒物形态多样，主要以棱角状和球形为主。 

2。1。3  沙粒的受力情况

沙粒相作为风沙两相流中的一相，微观视角下沙粒的受力情况直接影响着两相湍流的形 成和发展，沙粒在混合流中主要受到自身的重力、气体的浮力、气体中的阻力、粒子热运动 的撞击力、压力梯度力、Stocks 粘性力。其中的重力和 Stocks 粘性力为沙粒运动的主导力[14]。 

(1)重力 整个流场处于重力场中: 

式中  V ——沙粒的体积； 

Ρ ——沙粒的密度； 

（2）Stocks 粘性力 由于气体相合沙尘颗粒相之间的相对运动，产生了 Stocks 粘性力。 根据 Stocks 粘性力公式，当沙粒的相对雷诺数 Rep<1 时 

式中 μ ——流体的动力粘性系数； 沙粒的相对雷诺数可由下式确定： 

式中  U ——气流的张量分量； 

      UP ——沙粒速度的张量分量； 

      V ——气体的运动粘性系数； 

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当 Rep>1 时，根据标准阻力公式， 

式中  CD ——阻力系数； 

2。2 风沙流的结构单位面积输沙率随高程的分布称为风沙流结构 。兹纳门斯基(1958)通过在小型沙风洞里 的实验研究，指出风沙流的结构是随着风沙流流动速度、输沙率和下垫面性质而变化的。他 还依据实验总结的风沙流浓度随高度的变化规律，提出由风沙流的结构特性来判定沙表面是 沉积、动态平衡，还是侵蚀。吴正等(1964) 根据野外风沙观测的实验数据得出，单位面积输 沙率随高度的变化是呈指数规律的，可以引入风沙流结构特征参数对兹纳门斯基的结论进行 修正[15]。 

2。2。1 输沙率

输沙率是指气流在单位时间通过单位宽度或单位面积的地表所搬运的沙量。它是各层单 位面积输沙率的和或积分，其积分的上限是风沙流流层顶部的高度。自然界影响输沙率的因 素是十分复杂的，输沙率不仅与风力大小、沙尘颗粒的粒径、形状和沙粒浓度这些风沙流的 基本物性参数有关，而且也受地表及空气等外部环境的影响[16]。目前对输沙率的确定主要依 靠集沙仪在野外的直接观测，运用相关求解算法处理观测数据，得到输沙率与风速的关系。 2。2。2  风沙流浓度随高度的变化规律

沙粒浓度沿高度的分布主要受风沙流的速度廓线、风沙输沙率以及能量沿高度的分布的 影响，其中沙粒流动的水平速度、风沙流流量与沙粒浓度三者是密切相关且可以相互转化的。 风沙流中，除了气体相对颗粒相的作用力之外，沙尘颗粒之间也有相互作用力，这种作用力 主要来源于沙粒的互相碰撞。在数值模拟中，关于这种碰撞力的主要讨论是其大小和对风沙 流运动的影响程度以及这种影响是否可以忽略等问题。颗粒间碰撞的概率在极大程度上是由 风沙流中颗粒的浓度决定的，所以研究风沙流中颗粒相的浓度对这些问题的讨论很有意义， 应用 PIV 测量技术可以很好的测量风沙流中沙尘颗粒的浓度随高度的变化规律。