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《Physical Review Fluids》发表张小霞博士与麻省理工学院Heidi Nepf教授合作研究成果,揭示波流作用下盐沼植物消浪特性

发布者:  时间:2021-10-31  浏览:

近日,海岸和近海工程国家重点实验室博士后张小霞与麻省理工学院Heidi Nepf教授受邀在流体力学国际顶级期刊《Physical Review Fluids》发表题为“Wave damping by flexible marsh plants influenced by current”的研究论文,实验室博士后张小霞为论文的第一和通讯作者。美国物理学会期刊《Physics》、麻省理工学院新闻《MIT news》和美国自然科学基金新闻《NSFnews》分别对该研究成果进行了报道。

盐沼植物广泛分布于海岸带。这些植物群落可以降低植物区水流速度,消减波浪(图1),减少海岸冲刷,促进植物区泥沙淤积。在长时间尺度上,盐沼植物构成的湿地系统能够保护海岸带生态环境,稳固海岸,降低风暴潮和海啸等海洋灾害带来的损失,甚至可以减轻海平面上升带来的不利影响。


图1盐沼植物消浪实况

针对盐沼植物与波流相互作用问题,已有的研究缺乏对植物叶片和杆径的结构及柔性特征的考虑,多将盐沼植物概化为刚性圆柱群并拟合得到经验拖曳力系数,这类拖曳力系数受限于植物群特征和波流条件,不能准确预测不同条件下的盐沼植物消浪效率,不具有通用性和普适性。此外,已有研究没有从理论上揭示水流对植物消浪特性的影响机理。张小霞博士与Heidi Nepf教授结合物理试验和数学分析模型,首次综合考虑波流相互作用和植物叶片及杆茎的结构及柔性特征,揭示了植物柔性变形及叶片结构对植物受力的影响,植物群对植物区波流速度的调节作用以及水流对波浪能量传播速度的影响这三种物理机制对植物消浪特性的影响,建立了通用的盐沼植物消浪理论模型。研究成果可用于评估滨海盐沼湿地的消浪减灾能力,为海岸湿地保护及修复工程提供理论支撑。

相关链接:

论文全文:https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.100502

《Physics》报道:https://physics.aps.org/articles/v14/s126

《MIT news》报道:https://news.mit.edu/2021/how-marsh-grass-protects-shorelines-1018

《NSF news》报道:

https://www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?WT.mc_id=USNSF_1&cntn_id=303772&utm_medium=email&utm_source=govdelivery

Heidi Nepf教授网页:https://nepf.mit.edu/


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