葉滿山

在遙遠(yuǎn)的西北，沙漠與雪地總是不斷交織。在風(fēng)的吹拂下，這兩種地表的微小顆粒能引起巨大變化，從而形成沙塵暴、雪暴等自然災(zāi)害，對人們的生活造成極大困擾，威脅人們的出行安全。

蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院教授黃寧從流體力學(xué)入手，深入研究顆粒在風(fēng)的作用下的運動規(guī)律，探索預(yù)防和消除沙塵暴、雪暴等問題的有效方法。通過實地觀測、實驗分析等方式，他發(fā)現(xiàn)顆粒的運動與風(fēng)的速度、方向以及地形等因素密切相關(guān)，通過改變顆粒的排列和結(jié)構(gòu)，可以有效減少風(fēng)的作用力。

西部出發(fā)，從沙塵開始

1984年，黃寧選擇力學(xué)專業(yè)，開啟了學(xué)以致用的探索之路。這一選擇源于當(dāng)時系主任的一句話：“將數(shù)學(xué)作為工具應(yīng)用到其他學(xué)科，可以更好地造福人類。”

風(fēng)沙電現(xiàn)象，充滿著神秘和未知。在風(fēng)沙暴中，沙粒之間相互碰撞、摩擦產(chǎn)生靜電，形成了獨特的風(fēng)沙電現(xiàn)象。這一看似微不足道的現(xiàn)象，卻對整個風(fēng)沙運動有著深遠(yuǎn)影響。對于這個選題，黃寧感受到的不僅是挑戰(zhàn)，更是一種使命的召喚。

為了深入了解各地的風(fēng)沙活動，黃寧帶領(lǐng)團(tuán)隊在甘肅敦煌、金塔、金昌等地設(shè)立觀測點，長期進(jìn)行定點觀測，他們記錄數(shù)據(jù)、拍攝照片，積累了大量的第一手資料。同時，他們還利用數(shù)值模擬技術(shù)模擬風(fēng)沙運動過程，以期更深入理解其成因和特征。

經(jīng)過20多年的努力，他從防風(fēng)、阻沙、固沙等角度出發(fā)，因地制宜地提出綜合治理方案，結(jié)合風(fēng)沙運動的基礎(chǔ)理論，將共性與特性相結(jié)合，在風(fēng)沙兩相流領(lǐng)域取得了重要研究成果，為理解這一復(fù)雜現(xiàn)象提供了重要的科學(xué)依據(jù)，推動了我國風(fēng)沙環(huán)境力學(xué)領(lǐng)域研究，提升了我國在該領(lǐng)域的國際影響力。2018年，黃寧與導(dǎo)師周又和（2021年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士）、鄭曉靜一起獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。

學(xué)以致用，從鐵路開始

蘭新鐵路西段全長123公里，這個區(qū)間一年有300多天都在刮8級以上大風(fēng)，12級風(fēng)說刮就刮，被稱作“百里風(fēng)區(qū)”。

在這里，大風(fēng)攜帶沙塵，嚴(yán)重風(fēng)蝕路基、橋涵等鐵路設(shè)施。車窗玻璃被打碎、車體油漆被磨損、貨物被吹走，甚至列車脫軌的事故也時有發(fā)生。風(fēng)區(qū)的鐵路職工們每天都在與風(fēng)沙搏斗，以保證鐵路的正常運營。

黃寧受委托為蘭新鐵路設(shè)計擋風(fēng)墻，經(jīng)過反復(fù)研究和試驗，鐵路風(fēng)向位置上一道堅固的擋墻終于被設(shè)計出來。這道擋墻以低成本為前提，最大限度避免了強(qiáng)橫風(fēng)造成列車傾覆的危險，起到了非常好的防護(hù)效果。

然而，10年后，新問題出現(xiàn)了。擋風(fēng)墻雖然擋住了強(qiáng)風(fēng)，卻加重了其防護(hù)的鐵軌區(qū)域的積沙問題。面對新挑戰(zhàn)，黃寧再次深入開展研究，弄清了積沙加重的原因和機(jī)制，并給出了解決方案。

沿著世界第二大流動沙漠——塔克拉瑪干沙漠南緣由西向東的鐵路，約有3/4路段在沙漠中。這是世界上首條環(huán)沙漠鐵路，風(fēng)沙對鐵路建設(shè)和運營危害嚴(yán)重。

在這里，黃寧與團(tuán)隊頂著烈日、風(fēng)沙，經(jīng)過無數(shù)次試驗和修正，成功開發(fā)出適用于該區(qū)域沙漠地表的鐵路風(fēng)沙運動計算模型與程序，為防沙治沙工程提供科學(xué)依據(jù)。

由于黃寧發(fā)表的一篇關(guān)于風(fēng)沙的學(xué)術(shù)論文，美國探索頻道的編輯聯(lián)系到黃寧，希望他接受一次專訪。對此，黃寧欣然接受。他希望借此讓全球更多人了解風(fēng)沙研究的價值與環(huán)境保護(hù)的重要性。

“沙漠是自然界較為典型的一種地貌類型。我們對這片區(qū)域充滿好奇，因為它有太多未知，這是我們工作的動力?！秉S寧說。

探索未知，向火星出發(fā)

近年來，黃寧逐漸將研究重點從風(fēng)沙轉(zhuǎn)向積雪，通過遙感監(jiān)測和實地考察，深入研究了祁連山積雪的分布和變化規(guī)律。

在崇山峻嶺間穿梭，在茫茫雪原上跋涉，黃寧團(tuán)隊收集了大量數(shù)據(jù)和樣本，并揭示了這些高寒山區(qū)積雪水資源的分布規(guī)律和演化機(jī)制，研究成果不僅為科學(xué)評估這些地區(qū)的水資源奠定了理論基礎(chǔ)，也為生態(tài)保護(hù)提供了技術(shù)支撐。

在下一步計劃中，黃寧已將研究視野擴(kuò)展至遙遠(yuǎn)的火星，這源于地球與火星沙塵間的神秘聯(lián)系。

黃寧團(tuán)隊與澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國家重點實驗室合作，通過實驗觀測和數(shù)值模擬，分析不同粒徑和速度的沙塵顆粒對探測器表面的磨損程度，提出了定期清潔鏡片和使用防塵涂層等防護(hù)建議。此外，為提高機(jī)械部件的抗堵塞性能和壽命，他們提出了優(yōu)化相關(guān)儀器的機(jī)械結(jié)構(gòu)、使用防塵材料等改進(jìn)建議。

“科研不是一條坦途，但我總是樂此不疲，在探索未知的路上，與收獲成果的喜悅相比，一切困難都是微不足道的。從地球到火星，我還要繼續(xù)我的沙塵之旅，我追求科學(xué)真理的腳步將永不停歇?！秉S寧說。