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横向沙丘表面电磁散射的时域有限差分法研究

微波学报 2022年第1期38卷 90-95页

作者：董子宇任新成赵晔杨鹏举朱小敏延安大学物理与电子信息学院延安716000

空对地海目标的监测、识别是用电磁波与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的,为了满足地海环境中目标的监测、识别的需要,首先要研究地海环境的电磁散射特性;应用指数型分布粗糙面模拟横向沙丘表面... 详细信息

空对地海目标的监测、识别是用电磁波与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的,为了满足地海环境中目标的监测、识别的需要,首先要研究地海环境的电磁散射特性;应用指数型分布粗糙面模拟横向沙丘表面的高度起伏情况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘迎风坡、背风坡表面以及沙丘之间的平坦沙漠表面,使用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,运用FDTD计算方法研究了横向沙丘的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线;数值计算了沙丘坡顶高度,沙丘迎风坡与背风坡坡底到坡顶的水平距离,沙丘坡顶间间距,入射角度以及沙土湿度对散射系数的影响;计算结果表明,沙丘坡顶高度、沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离、沙丘坡顶间间距、入射角度和沙土湿度对散射系数的影响较大,而沙丘背风坡坡底到坡顶的水平距离对散射系数的影响较为复杂。

关键词：电磁散射时域有限差分方法横向沙丘蒙特卡罗方法介电常数

横向沙丘电磁散射及其与目标复合散射的FDTD研究

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横向沙丘电磁散射及其与目标复合散射的FDTD研究

作者：董子宇延安大学

学位级别：硕士

随机粗糙面电磁散射及其与目标复合散特性在目标探测与识别、微波遥感、无线通信、医学成像、海洋工程、表面光学和半导体物理等领域均具有重要的理论意义和实用价值。本文运用FDTD数值计算方法系统地研究了横向沙丘表面的电磁散射及其... 详细信息

随机粗糙面电磁散射及其与目标复合散特性在目标探测与识别、微波遥感、无线通信、医学成像、海洋工程、表面光学和半导体物理等领域均具有重要的理论意义和实用价值。本文运用FDTD数值计算方法系统地研究了横向沙丘表面的电磁散射及其与目标的复合散射。主要研究内容如下:（1）采用蒙特卡罗（Monte Carlo）方法模拟指数型分布横向沙丘表面,以Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式为基础,同时结合国内学者通过对多类土壤拟合研究得到的数据,选择合适的参数计算沙土介电常数,入射波为TM波。运用FDTD方法研究了横向沙丘表面的电磁散射特性,分析了高度起伏均方根,相关长度,横向沙丘高度、迎风坡平距、背风坡平距、沙脊之间的间距,入射角和沙土湿度对散射系数的影响。（2）研究了指数型分布和高斯型分布横向沙丘表面与上方矩形目标的复合散射特性,分析了复合散射系数随横向沙丘表面高度起伏均方根、相关长度,入射角角度,矩形截面长度、宽度、倾角、高度,横向沙丘高度和迎风坡平距的变化规律。（3）研究了入射波为TM波和TE波时指数型分布横向沙丘表面与部分埋藏圆柱目标的复合散射特性,计算了横向沙丘表面高度起伏均方根、相关长度,入射角角度、圆柱目标的半径、埋藏深度、介电常数,横向沙丘的高度、背风坡平距对散射系数的影响。（4）使用Topp经验模型计算沙土的介电常数,取入射波为TM波,研究了横向沙丘表面与两个目标（圆柱和矩形截面柱）的复合电磁散射,圆柱和矩形截面柱分别位于横向沙丘表面的上方和下方,并且横向沙丘表面下方也是不同含水量的两层介质,分析了散射系数随横向沙丘表面高度起伏均方根、相关长度,入射角,圆柱半径、埋藏深度、矩形目标长度、第一层沙土介质含水量以及厚度的变化规律。

关键词：电磁散射复合电磁散射时域有限差分方法横向沙丘目标散射系数

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横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟

中国沙漠 2008年第1期28卷 16-20页

作者：钱广强董治宝罗万银王洪涛中国科学院寒区旱区环境与工程研究所/中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作... 详细信息

二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作用。因此,设计了一系列具有不同迎风坡坡度的横向沙丘模型,采用粒子图像测速技术,通过风洞实验模拟了沙丘背风侧的气流分离和重新附着。实验结果表明,当来流风速垂直于沙丘脊线时,沙丘背风侧的气流重附距离介于4.8H^10.8H之间(H为沙丘高度),最大重附距离出现在迎风坡坡度为15°的沙丘背风侧;沙丘迎风坡坡度是控制背风侧气流重附距离的主要因素,而自由风速对气流重附距离的控制作用较小。根据实验结果,还讨论了气流分离与重附对沙粒运移和沙丘形态维持的沉积学意义。

关键词：横向沙丘二次流背风侧气流重附距离粒子图像测速(PIV)

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库布齐沙漠北部横向沙丘地貌格局的空间变异

北京师范大学学报（自然科学版） 2015年第S1期51卷 13-22页

作者：管超哈斯额尔敦安晶陶彬彬刘丹周炎广北京师范大学资源学院北京100875

以库布齐沙漠北部横向沙丘及其流经的3条孔兑为研究对象,在每个孔兑切割的沙丘区域划定样方,采用基于MATLAB平台的遥感影像沙脊线提取算法提取沙丘脊线,通过ArcGIS9.3量算每个样方的沙丘个数、脊线总长、脊线平均长度、沙丘间距、平均... 详细信息

以库布齐沙漠北部横向沙丘及其流经的3条孔兑为研究对象,在每个孔兑切割的沙丘区域划定样方,采用基于MATLAB平台的遥感影像沙脊线提取算法提取沙丘脊线,通过ArcGIS9.3量算每个样方的沙丘个数、脊线总长、脊线平均长度、沙丘间距、平均沙丘走向以及缺陷密度等参数,着重通过沙丘地貌格局参数的变化分析横向沙丘地貌格局的空间变异以及干旱区河流对其的影响.结果表明:1顺风向(由西至东)上沙丘脊线平均长度呈线性增长、缺陷密度降低,沙丘走向逐渐稳定在230°~50°方向,平均间距变大,沙丘地貌格局逐渐由分散向聚拢方式转变;垂直风向(由北至南)上沙丘地貌格局参数由中心向南北两侧略有降低,沙丘类型由复合横向沙丘向简单新月形沙丘过渡,复合横向沙丘占沙丘类型的80%;2流经沙漠的孔兑通过自身切割作用与风水交互作用使得横向沙丘分割为相互独立的区域,每个区域独立发育且互不影响,同时孔兑的存在改变了沿岸下风向3~5km区域的地貌格局,更新了下风向沙物质来源,但不会改变沙丘整体走向.

关键词：横向沙丘沙丘脊线沙丘地貌格局孔兑

塔克拉玛干沙漠腹地横向沙丘表面紧实度分异特征

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干旱区研究 2016年第3期33卷 664-671页

作者：贾文茹李生宇马学喜王宁波中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学防沙治沙教育部工程研究中心北京100875

沙丘表面紧实度是量化沙丘紧实程度的一个综合性指标,紧实度指标与沙丘的风蚀与堆积成因关系密切,对风成沙丘的形成具有重要意义。基于对塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地的4种简单横向沙丘〔饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD... 详细信息

沙丘表面紧实度是量化沙丘紧实程度的一个综合性指标,紧实度指标与沙丘的风蚀与堆积成因关系密切,对风成沙丘的形成具有重要意义。基于对塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地的4种简单横向沙丘〔饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD)、新月形沙丘(TCD)〕表面紧实度、容重、孔隙度和平均粒径的测量,通过最小显著差异法(LSD)分析和多重比较,对简单横向沙丘表面紧实度的空间分异特征及其形成机制进行了分析。研究结果表明:1 4种沙丘的沙面紧实度均具有较大的空间差异性,并且此差异性具有方向性,纵向差异性最大,横向差异较小;2 4种沙丘表面紧实度平均值表现为:盾状沙丘>饼状沙丘>雏形新月形沙丘>新月形沙丘,而紧实度空间差异性却表现为:饼状沙丘沙丘沙丘沙丘,最大值和最小值点出现的位置也不同;3沙丘表面紧实度和容重、孔隙度具有很好的相关性,在质地相似的沙物质中,容重和孔隙度均可以作为衡量紧实度的指标。

关键词：横向沙丘紧实度容重孔隙度空间分异塔克拉玛干沙漠

塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄区简单横向沙丘形态特征的空间变异

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干旱区研究 2009年第5期26卷 755-762页

作者：范冬冬李生宇雷加强徐新文孙艳伟代述勇谷峰邱永志张忠良刘保松中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 中国科学院研究生院北京100039 中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司新疆库尔勒841000 河北省承德市双滦区职教中心河北承德067002

为了探讨小尺度风沙地貌形态的空间变异过程,对塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄横断面上简单横向沙丘形态特征进行了研究。沙丘形态野外测量采用RTK(real-tim e k inem atic)技术,并通过南方测绘软件(South Survey)量算形态特征参... 详细信息

为了探讨小尺度风沙地貌形态的空间变异过程,对塔克拉玛干沙漠腹地高大复杂纵向沙垄横断面上简单横向沙丘形态特征进行了研究。沙丘形态野外测量采用RTK(real-tim e k inem atic)技术,并通过南方测绘软件(South Survey)量算形态特征参数。结果表明:简单横向沙丘形态特征参数及其相互关系具有空间变异性。在8个地貌部位之间,沙丘形态特征参数(不包括迎风坡度)存在显著性差异,主要体现在:垄顶、沙垄背风坡、其他地貌部位(包括垄间地和沙垄迎风坡)三者之间的差异。地貌部位、输沙风强度以及沙丘活动强度是驱动沙丘形态空间变异的因素。沙丘高度与翼展度余弦有负对数关系,发育指数与高度、迎风坡度成负线性相关,这些相关性的显著程度在垄顶、背风坡较高,在垄间和迎风坡较低。

关键词：塔克拉玛干沙漠纵向沙垄横向沙丘沙丘形态空间变异

毛乌素沙地南缘横向沙丘粒度分布及其对风向变化的响应

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地理科学进展 2006年第6期25卷 42-51页

作者：哈斯庄燕美王蕾王志北京师范大学资源学院防沙治沙教育部工程研究中心北京100875 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100037

在风季发生转换期间,根据不同方向风的持续时间,对毛乌素沙地南缘长48m,高8m的横向沙丘进行了7次断面形态测量和表面沉积物采样分析。结果表明,横向沙丘断面形态及表面沉积物粒度分布随区域气流方向和强度而发生变化。在沙丘各部位,丘... 详细信息

在风季发生转换期间,根据不同方向风的持续时间,对毛乌素沙地南缘长48m,高8m的横向沙丘进行了7次断面形态测量和表面沉积物采样分析。结果表明,横向沙丘断面形态及表面沉积物粒度分布随区域气流方向和强度而发生变化。在沙丘各部位,丘顶及附近两侧的沙粒活动性强,表面沉积物粒径及分选参数变化显著。在粒径及分选参数中,粒径频率曲线、平均粒径和偏度对风的作用比较敏感,随时间的变化也明显,利用它们的变化可以解释区域气流变化对沙丘的影响。风向发生转换时期的短期观测和采样分析结果进一步说明采样时间是影响沙丘表面沉积物粒度特征的重要因素。

关键词：毛乌素沙地横向沙丘粒径及分选风向形态

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纵向沙丘和横向沙丘模拟流场的实验研究

中国沙漠 1996年第4期16卷 360-363页

作者：李志忠关有志南京大学大地海洋科学系新疆师范大学地理系中国科学院兰州沙漠研究所

实验选用半圆柱体沙丘模型脊线与风洞实验段风向构成６组不同大小的交角，通过对其纯气流绕流流场、表面压力分布以及风沙堆积形态的观测和分析，查明了纵向沙丘和横向沙丘模拟流场的结构特征。

关键词：纵向沙丘横向沙丘风洞实验模拟流场沙丘

基于DEM数据的巴丹吉林沙漠沙丘分布规律及其形态参数

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中国沙漠 2020年第4期40卷 81-94页

作者：汪克奇赵晖 Sheng Yongwei Zhang Shengan 王兴繁杨宏宇晁倩中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 加州大学洛杉矶分校地理系美国洛杉矶90095

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型(DEM)因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来,受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定,对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部... 详细信息

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型(DEM)因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来,受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定,对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部,缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究,是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象,利用研究区DEM数据和一种新的算法,研究了沙漠内两种主要类型沙丘(横向沙丘、星状沙丘)的分布规律及其形态参数特征。结果表明:沙漠内独立沙丘大约有6 033座,高度9~433 m,高度超过350 m的巨型沙山共有53座,其中星状沙山7座,最大高度383 m;横向沙山46座,最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系,星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系,表明在现代气候和环境条件下,横向沙丘高度仍在增加,而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NWSE。横向沙丘起沙风风向单一,沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向;星状沙丘起沙风风向略为复杂,沙丘存在多个次级轴向。

关键词：数字高程模型巴丹吉林沙漠沙丘形态参数横向沙丘星状沙丘