在遥远的西北，沙漠与雪地总是在不断地交织。这两种地表的微小颗粒在风的吹拂下能引发巨大的变化，从而形成沙尘暴、雪暴等自然灾害，对人们的生活造成极大的困扰。这些颗粒虽小，却能在风的作用下翻涌成海，人们的生活受到严重影响，威胁着人们的出行安全。
为了解决这些问题，兰州大学土木工程与力学学院教授、院长黄宁从流体力学研究入手，深入研究颗粒在风的作用下的运动规律，探索预防和解决沙尘暴、雪暴等问题的有效方法。他通过实地观测、实验分析等方式，不断探索、尝试和改进，发现颗粒的运动与风的速度、方向、地形等因素密切相关，还可以通过改变颗粒的排列和结构，可以有效地减少风的作用力。
兰州大学土木工程与力学学院教授、院长黄宁。受访者供图。
西部出发，从沙尘开始
1984年，黄宁毅然选择力学专业，开启了学以致用的探索之路。这一选择源于系主任的一句话：“将数学作为工具应用到其他学科，可以更好地造福人类。”他毅然决然地从考取力学专业，开始了他学以致用的探索之路。
然而，真正的挑战才刚刚开始。
1997年，年轻的黄宁站在人生的十字路口，怀揣着对知识的渴望和对未来的憧憬，准备踏入博士研究的大门。那一年，他拿到了导师郑晓静院士的研究课题——风沙两相流现象。这是一个国际学术界最具有挑战性的难题之一，也是我国科技部确定需要研究的重大国家需求。
风沙电现象，这是一个充满神秘和未知的领域。在风沙暴中，沙粒之间相互碰撞、摩擦，产生静电，形成了一种独特的风沙电现象。这个看似微不足道的现象，却对整个风沙运动有着深远的影响。对于这个选题，黄宁感受到的不仅仅是挑战，更是一种使命的召唤。
“90年代，中国整个北方地区面临强烈沙尘暴的危害。而其中沙尘暴中风沙电研究领域对于国内来说还是一片空白。”黄宁表示，作为一名西北人，更多的还是应该想自己能为家乡做什么。
黄宁深知，这个选题非常前沿，也十分迫切。沙尘暴灾害一直是环境灾害中亟待解决的难题，全球都在寻找解决之道。他坚信，解开风沙电现象的奥秘，或许就是解决沙尘暴灾害的关键所在。
为了深入了解各地的风沙活动，黄宁带领团队在甘肃的敦煌、金塔、金昌等地设立了观测点，开始了长期定点观测，从记录数据、拍摄照片，积累了大量的第一手资料。同时，他们还利用数值模拟技术，模拟风沙运动的过程，以期更深入地理解其成因和特征。
然而，一次意外的事件差点让他的科研之旅戛然而止。
一天，正当他在进行例行的观测时，天空突然变暗，风势骤然加剧。这是黑风暴来临的征兆。
黑风暴是沙漠中的一种极端天气现象，它的威力足以将整个探险队吞没。黄宁知道，此时与外界的联系已经中断，他们被困在了沙漠深处。
面对这样的危险，黄宁并没有惊慌失措。他迅速组织起团队，采取了一系列紧急措施来保护自己和设备，防止沙尘暴对仪器造成损害。同时，他们也密切关注着风暴的动向，寻找最佳的逃生路线。
在接下来的几个小时里，黄宁和团队成员们与黑风暴展开了一场生死较量。风暴的威力超出了他们的想象，整个天空被沙尘笼罩，能见度几乎为零。但他们仍然坚守岗位，用勇气和智慧与风暴抗衡。
最终，在经过漫长而艰难的等待之后，风暴终于逐渐减弱。黄宁和团队成员们成功地躲过了这场灾难，深知这次经历是对他们勇气和意志的一次严峻考验。
这次冒险让黄宁教授更加深刻地认识到沙漠的威力，也让他更加敬畏自然的威力。但他并没有因此而退缩，相反，他更加坚定了自己的信念和目标。
日复一日，年复一年，黄宁和他的团队逐渐摸清了风沙运动特征和成因，也发现了不同地区之间的差异。
他从防风、阻沙、固沙等多个角度出发，因地制宜地提出综合治理方案，结合风沙运动的基础理论，将共性与特性相结合，经过二十多年的努力，黄宁在风沙两相流领域取得了重要研究成果，为理解这一复杂现象提供了重要的科学依据，推动了我国在风沙环境力学领域的研究，提升了我国在该领域的国际影响力。并于2018年与其导师周又和院士、郑晓静院士一起获得国家自然科学奖二等奖。
黄宁在沙漠考察中。受访者供图。
学之所用，从铁路开始
“沙漠，对我们来说只是自然界较为典型的一种地貌类型。我们对这片区域充满好奇，因为有太多未知，这也是我们工作的动力。”
兰新铁路西段全长123公里，在这个区间一年有320天都在刮八级以上大风，12级的风说刮就刮，被称作‘百里风区’。
在这里，大风携带着沙尘，对路基、桥涵等铁路设施造成严重风蚀。车窗玻璃被打碎，车体油漆被磨损，货物被吹走，甚至列车脱轨的事故也时有发生。风区的铁路职工们每天都在与风沙搏斗，以保证铁路的正常运行。
为了解决这个问题，黄宁接受了挑战，他受委托为兰新铁路设计挡风墙。经过反复研究和实验，终于在铁路上风向位置设计出了一道坚固的挡墙。这道挡墙以低成本为前提，最大限度地避免了强横风对列车倾覆的危险。当挡风墙建成后，实践证明它起到了非常好的防护效果。
然而，十年后，铁路又出现了新的问题。挡风墙虽然挡住了强风，却加重了其所防护的铁轨区域的积沙问题。面对新挑战，黄宁再次深入开展研究，弄清了积沙加重的原因和机制，并给出了解决方案。
兰新铁路挡风墙试验的成功，让他开始第二次与铁路的结缘。
若和铁路沿着世界第二大流动沙漠—塔克拉玛干沙漠南缘由西向东走行，这条铁路约有四分之三的路段行走在沙漠之中，是世界上首条环沙漠铁路，风沙对铁路建设和运营危害严重。
在这里，黄宁与团队顶着烈日、冒着风沙，坚守观测站点，记录数据、拍摄照片。经过无数次试验和修正，他成功开发出适用于该区域沙漠地表的铁路风沙运动计算模型与程序，为防沙治沙工程提供科学依据。
他发现，特定的风向、沙粒的粒径和分布等因素都会影响风沙的运动轨迹。
在此基础上，黄宁提出了防沙治沙的优化设计方案。他建议采用特定的植被、挡风墙和排水系统等措施，以降低风沙对铁路的影响。这些方案不仅提高了铁路的安全性，还为当地的生态环境保护提供了有益的借鉴。
“有一天，美国探索频道的编辑们偶然发现了我发表的一篇关于风沙研究的学术论文。通过深入阅读，他们联系到我，希望接受一次专访。”
黄宁欣然接受，这代表他的工作已获得国际学术界的广泛认可，也证明了中国在风沙研究领域已走在前沿。他希望通过这次机会，让全球更多人了解风沙研究的价值与环境保护的重要性。
获得国家自然科学奖二等奖。受访者供图。
积雪拓展，向火星出发
祁连山，中国西部的一颗明珠，其积雪是河西走廊的主要淡水资源。这片雪域不仅关乎当地居民的生活，更是关乎整个亚洲的生态平衡。随着全球气候变化的影响，祁连山的积雪状况备受关注。
在这几年中，黄宁逐渐将研究重点从风沙转向积雪，他通过遥感监测和实地考察，深入研究了祁连山积雪的分布和变化规律。
在祁连山的崇山峻岭穿梭，在茫茫雪原上跋涉，收集了大量的数据和样本。经过无数个日夜的努力，终于揭示了这些高寒山区积雪水资源的分布规律和演化机制。
他的研究成果不仅为科学评估这些地区的水资源提供了理论基础，同时也为生态保护提供了技术支撑。政府和企业开始重视这些地区的生态保护工作，制定了一系列科学合理的政策措施。
在下一步计划中，黄宁已将研究视野扩展至遥远的火星，源于地球与火星沙尘间的神秘联系。
火星沙尘暴规模宏大且持久，对探测任务构成严重威胁。他深知，理解这些沙尘的起因、运动规律以及其对火星气候和地质的影响，对于未来的“天问三号”火星探测任务至关重要。
“沙尘暴是火星上的一种常见现象，它们可以覆盖整个星球表面，影响太阳辐射的吸收和行星大气层的温度分布。这些沙尘暴与地球上的沙尘暴不同，它们的规模更大、持续时间更长，可以持续数月之久。”
据了解，火星沙尘暴对我国火星探测任务构成一定威胁，因为它们可以覆盖太阳能电池板并阻挡太阳光，使探测器失去能源。此外，沙尘颗粒也可能对探测器的机械部件造成磨损和堵塞。
“由于火星沙尘颗粒的硬度较高，它们在高速运动中会对探测器表面造成严重的磨损。”为了解决这些问题，黄宁与澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室合作。通过实验观测和数值模拟，分析不同粒径和速度的沙尘颗粒对探测器表面的磨损程度，提出了定期清洁镜片和使用防尘涂层等防护措施
此外，为了提高机械部件的抗堵塞性能和寿命，还优化了相关仪器的机械结构和使用防尘材料等改进建议。
“科研不是一条坦途，在这条路上，去沙漠可能是最简单的困难了。但我总是乐此不疲，在探索未知的路上，与收获成果的喜悦相比，一切的困难都是微不足道的。从地球到火星，我还要继续我的沙尘之旅，因为追求科学真理的脚步永不停歇。”黄宁表示。
本文链接：http://www.gihot.com/news-8-1564-0.html黄宁：扎根西部，逐梦沙尘中的星辰
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