高等学校水土保持与荒漠化防治专业教材：风沙物理学（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

教材以流体力学的基本原理为出发点，从力学和物理学过程系统研究风与各种沙质地表的相互作用机制及其风沙运动规律。全书共分8章，主要内容包括：流体力学理论基础；风及其基本性质；沙物质及其基本性质；风沙运动；风沙地貌的形成及演变；土壤风蚀；沙尘暴；风沙物理学研究方法。
《高等学校水土保持与荒漠化防治专业教材：风沙物理学（第2版）》适用于水土保持与荒漠化防治专业的本科生教学，同时可作为环境生态类有关学科研究生的教学用书，也可作为从事防沙治沙、水土保持、环境保护等科技工作者的参考用书。

目录

序
第2版前言
第1版前言
第1章 流体力学理论基础
1.1 流体及其物理性质
1.1.1 流体的定义与特征
1.1.2 流体的连续介质理论模型
1.1.3 流体的主要物理性质
1.2 流体静力学基础
1.2.1 作用在流体上的力
1.2.2 流体平衡微分方程
1.2.3 流体静力学基本方程
1.3 流体动力学基础
1.3.1 研究流体运动的方法
1.3.2 描述流体流动的相关概念
1.3.3 流体流动的连续性方程
1.3.4 理想流体流动的微分方程和伯努利方程
1.3.5 流体动量方程
1.4 黏性流体流动与能量损失
1.4.1 黏性流体的伯努利方程与能量损失
1.4.2 黏性流体的两种流动状态
1.4.3 流动阻力系数
1.4.4 附面层理论与绕流阻力
第2章 风及其基本性质
2.1 风的产生
2.1.1 水平气压梯度力
2.1.2 水平地转偏向力
2.1.3 惯性离心力
2.1.4 地面摩擦力
2.2 风的表示方法
2.3 大气的分层结构
2.4 大气边界层风的特征
2.4.1 大气边界层风的动力学特性
2.4.2 大气边界层风的热力学特性
2.5 近地面层风的垂直分布(风速廓线)
2.5.1 纯气流在稳定床面上的风速廓线
2.5.2 风沙流在床面上的风速廓线
2.6 植被对近地面层气流的影响
2.6.1 零平面位移
2.6.2 植被冠层上的风速廓线
2.6.3 植被冠层内的风速廓线
第3章 沙物质及其基本性质
3.1 沙物质及其来源
3.1.1 沙物质的概念
3.1.2 沙物质的形成
3.1.3 沙物质的来源
3.2 沙物质的颗粒性质
3.2.1 沙物质颗粒大小度量
3.1 2.2 沙物质颗粒粒度分级
3.2.3 沙物质颗粒的形状、磨圆度与表面组织
3.2.4 沙物质颗粒的方位与重度
3.2.5 沙物质细微颗粒的特殊理化性质
3.3 沙物质的群体性质
3.3.1 粒径分布表示方法
3.3.2 粒度参数
3.3.3 孔隙率
3.3.4 容重
3.3.5 渗透率
3.3.6 含水率
3.3.7 休止角
3.3.8 沙物质的热状况
3.3.9 沙物质水分状况的特殊性
第4章 风沙运动
4.1 沙粒的起动机制
4.2 沙粒的起动风速
4.2.1 粗沙粒的起动
4.2.2 细小沙粒的起动
4.2.3 天然混合沙的起动
4.3 沙粒运动的基本形式
4.3.1 蠕移运动
4.3.2 跃移运动
4.3.3 悬移运动
4.4 气流和水流中泥沙运动的主要差别
4.5 沙粒的运动轨迹和轨迹方程
4.5.1 沙粒的运动轨迹
4.5.2 沙粒的运动轨迹方程
4.6 风沙流中沙粒的旋转运动
4.6.1 沙粒旋转运动特征
4.6.2 影响旋转运动的因素
4.6.3 沙粒旋转速度的推算
4.7 风沙流的输沙量
4.7.1 输沙量的计算
4.7.2 输沙量的影响因素
4.8 风沙流的结构特征
4.8.1 风沙流中含沙量的垂直分布
4.8.2 风沙流结构特征指标
4.8.3 风沙流结构的影响因素
4.9 风沙流运动模型
4.9.1 刘贤万的研究结果
4.9.2 刘大有等的研究结果
4.9.3 贺大良、高有广的研究结果
第5章 风沙地貌的形成及演变
5.1 蚀积原理
5.2 风沙地貌的形成
5.2.1 风蚀地貌
5.2.2 风积地貌
5.3 沙丘运动
5.3.1 沙丘的运动过程与动力学特征
5.3.2 沙丘移动的影响因素
5.3.3 沙丘移动方式
5.3.4 沙丘移动速度
第6章 土壤风蚀
6.1 土壤风蚀原理
6.2 土壤风蚀的一般过程
6.2.1 土壤风蚀的初始运动
6.2.2 土壤风蚀阶段
6.2.3 土崩
6.2.4 分选
6.2.5 风力侵蚀方式
6.3 土壤风蚀的影响因子
6.3.1 风蚀侵蚀性因子
6.3.2 风蚀可蚀性因子
6.3.3 人为因素
6.4 土壤风蚀分类与分级
6.4.1 土壤风蚀分类
6.4.2 土壤风蚀分级
6.5 土壤风蚀模型
6.5.1 通用风蚀方程(WEQ)预报模型
6.5.2 修正风蚀方程(RWEQ)预报模型
6.5.3 帕萨克风蚀模型
6.5.4 Cravailovic的风蚀模型
6.5.5 波查罗夫风蚀模型
6.5.6 得克萨斯侵蚀分析模型(TEAM)
6.5.7 风蚀评价模型(WEAM)
6.5.8 风蚀预报系统(WEPS)模型
6.5.9 流域多变量风蚀预测模型
6.6 土壤风蚀荒漠化及其危害
6.6.1 土壤风蚀荒漠化的定义
6.6.2 土壤风蚀荒漠化的危害
第7章 沙尘暴
7.1 沙尘暴及其危害
7.1.1 沙尘暴的概念与分级
7.1.2 沙尘暴天气状况及危害
7.2 沙尘暴的形成及影响因素
7.2.1 沙尘暴形成的动力条件
7.2.2 沙尘暴发生的物质基础
7.2.3 地形地貌因素
7.2.4 人为因素
7.3 沙尘暴的时空分布
7.3.1 国外沙尘暴的地理分布
7.3.2 我国沙尘暴的时空分布
7.4 中国沙尘暴策源地与发生路径
7.4.1 沙尘暴策源地
7.4.2 沙尘暴发生路径及影响地域
7.4.3 沙尘暴引起的气象变化
第8章 风沙物理学研究方法
8.1 野外调查与观测
8.1.1 沙源调查
8.1.2 风成地貌成因调查
8.1.3 沙丘基本状况调查
8.1.4 风沙运动观测
8.1.5 沙尘的采集与观测
8.1.6 地表形态变化观测
8.2 风洞模拟实验
8.2.1 风洞结构及一般原理
8.2.2 沙风洞
8.2.3 相似条件与模型实验方法
8.2.4 风洞模拟实验研究内容
8.2.5 风沙现象的相似问题
8.3 放射性核索示踪法测定土壤风蚀与测年
8.3.1 137Cs测定土壤风蚀
8.3.2 风成沙的年代测定
8.4 遥感技术和地理信息系统在风沙地貌研究中的应用
8.4.1 遥感技术的应用
8.4.2 地理信息系统的应用
8.5 风信资料整理与应用
8.5.1 风信资料整理的内容和目的
8.5.2 分析整理风信资料的方法
8.5.3 输沙势计算
参考文献

前言/序言

综合地理过程与地球表层系统研究：兼论环境变迁与可持续发展 本书聚焦于地球表层系统的多尺度、多过程耦合机制，深入探讨自然地理过程的动态演化规律及其对人类社会可持续发展的影响。全书以严谨的科学态度和系统性的研究视角，构建了一个涵盖大气、水圈、岩石圈与生物圈相互作用的综合性研究框架。 第一部分：地球表层系统的基本构成与相互作用 本部分奠定了理解地球表层复杂性的基础，从宏观尺度的圈层结构到微观尺度的物质交换机制，进行了详尽的阐述。 第一章：地球表层系统的概念与结构 本章首先界定了“地球表层系统”的内涵，强调其作为一个开放、非平衡的复杂巨系统（Complex Adaptive System）的特性。详细分析了地圈、水圈、大气圈和生物圈四大圈层的物质组成、能量流动特征及其相互边界的界限与过渡带。重点讨论了物质循环（如碳循环、氮磷循环）在不同圈层间的时空尺度差异及驱动力，为后续的专业过程研究提供了必要的理论背景。系统阐述了地表系统的非线性、突变性等关键特征，为理解地球系统科学中的复杂性问题做好铺垫。 第二章：能量平衡与物质传输的基础原理 深入探讨了地表系统的能量收支平衡，包括太阳辐射的接收、转化与再分配过程，以及地球内部热源对地表过程的间接影响。详细分析了地表感热通量、潜热通量和净辐射之间的关系，并介绍了边界层大气与地表之间动量、热量和水分交换的湍流传输理论，包括梯度法、涡度协方差法等经典与现代观测技术。在物质传输方面，着重介绍了水文循环中的蒸散发过程、流域尺度的地表径流形成机制，以及大气环流对污染物和温室气体的区域性输送模式。 第二部分：关键自然地理过程的动力学研究 本部分是本书的核心，聚焦于驱动地球表层形态和功能变化的几大关键自然过程，并采用跨尺度的分析方法。 第三章：水圈动力学与流域地貌演化 本章专注于水圈的物理过程及其对地貌的塑造作用。系统梳理了降水、入渗、产流和汇流等水文要素在不同下垫面（如森林、农田、城市）的响应差异。详细论述了河流动力学的基本方程，包括河床冲淤的平衡理论、剪力、摩阻流速与泥沙输运能力的关系。特别关注了极端水文事件（如暴雨洪水）的形成机制、过程模拟（如SWAT模型、HEC-RAS模型应用）及其在水资源管理和防洪中的应用。探讨了地下水与地表水相互作用的耦合模型，揭示了区域水资源动态平衡的复杂性。 第四章：岩石圈与风化侵蚀过程 本章考察了地球固体表层的物质转化过程。首先介绍了化学风化和物理风化作用的驱动因素（气候、母岩、生物活动），并阐述了风化产物向地表迁移的机制。重点分析了重力作用下的斜坡失稳过程，包括边坡稳定性分析方法（如极限平衡法、有限元法）和滑坡灾害的形成演化路径。在侵蚀方面，详细讨论了流水侵蚀（片流、沟蚀、冲沟侵蚀）和冰川侵蚀的作用形式、产物特征及其对区域地貌形态的长期控制作用。讨论了风化壳的形成和演化，及其对土壤发育和生态系统稳定性的基础性贡献。 第五章：大气与气候相互作用机制 本章从大气科学的角度审视地表过程。阐述了中尺度天气系统的形成与演变，特别是与地表热力性质（如植被覆盖度、土壤湿度）相关的局地环流（如海陆风、山谷风）的反馈机制。深入探讨了大气边界层结构、湍流混合的物理过程及其对地表能量平衡的影响。分析了全球气候系统的基本模态（如ENSO、PDO），并结合古气候证据，探讨了这些模态对区域水文和生态环境的长期调制作用。同时，介绍了区域气候模型（RCMs）在模拟地表过程中的应用基础。 第三部分：人地系统的耦合、环境变迁与可持续管理 本部分将地理过程置于人类活动背景下进行考察，关注人地系统的反馈机制、环境问题的演化及其应对策略。 第六章：土地利用/覆被变化（LUCC）的驱动力与反馈 本章分析了人类活动作为重要的外部驱动力，如何重塑地表系统的结构与功能。系统梳理了人口增长、经济发展、政策变动等社会经济因素对LUCC的直接和间接驱动机制。通过遥感、地理信息系统（GIS）的空间分析技术，量化了LUCC在不同时间尺度上的变化速率与空间格局。重点探讨了LUCC对水文循环（如城市化导致的洪峰提前）、气候系统（如森林砍伐对地表反照率和蒸散发的影响）以及生物多样性的多方面反馈效应。引入了基于智能体（Agent-Based Modeling）的LUCC模拟方法，以揭示决策者行为对未来地表变化的潜在影响。 第七章：区域环境演变与风险评估 本章聚焦于人地系统失衡所导致的环境问题及其风险管理。详细分析了气候变化背景下，区域水资源短缺、水土流失加剧、生态系统退化等环境问题的空间分布特征与演化趋势。系统介绍了风险评估的理论框架，包括危险性（Hazard）、暴露度（Exposure）和脆弱性（Vulnerability）的综合评估方法。结合案例研究，阐述了区域性干旱、洪水、土地退化等自然灾害在社会经济系统中的连锁反应和次生灾害。强调了构建早期预警系统和提升区域韧性的重要性。 第八章：可持续地理资源管理与生态修复 本章旨在提供面向未来的解决方案。从地理学视角，探讨了区域可持续发展的目标设定、指标体系构建及其与全球可持续发展目标（SDGs）的衔接。内容涵盖了水资源高效利用（如非常规水资源开发、水权交易机制）、健康土壤的保育与利用（如基于生态工程的侵蚀控制）、以及生物多样性保护的景观生态学方法。特别强调了生态系统服务（Ecosystem Services）的概念及其价值评估，为制定基于自然的解决方案（NbS）提供了科学依据。探讨了将传统地理学知识与现代信息技术（如云计算、大数据分析）相结合，实现精细化、智能化资源管理的路径。 结论：面向未来的地球表层系统研究展望 总结了当前地球表层系统研究的前沿方向，包括地球系统模式（Earth System Models）的改进、地球观测技术的革新、以及跨学科知识体系的深度融合，以期为应对全球性的环境挑战提供坚实的科学支撑。