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研究人员提出基于高分辨率3D激光雷达测量的泥石流动力学研究新方法

   

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  202138日,《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)期刊发表题为《泥石流的高分辨三维激光雷达测量:一种研究现场全尺度事件动力学的新方法》(High-Frequency 3D LiDAR Measurements of a Debris Flow: A Novel Method to Investigate the Dynamics of Full-Scale Events in the Field)的文章指出,激光雷达的测量有助于自动检测流面的特征,并构建随时间变化的三维流场深度和速度场。此次测量提供了对泥石流运动的独特见解,并为更详细地了解这些危险事件提供了基础。 

  研究小组前往瑞士联邦森林、雪和景观研究所伊尔格拉本泥石流监测站。该监测站自2000年开放以来,每年都能监测到210次泥石流,其中包括被视频捕捉到的2016年伊尔格拉本泥石流。研究人员使用3D延时激光雷达传感器测量了泥石流,这种传感器最初是为自动驾驶汽车开发的。传感器在整个30分钟的事件中每秒扫描10次泥石流表面。利用这些前所未有的空间和时间分辨率的详细测量,研究人员确定了整个事件中泥石流的速度。 

  在这项研究中,研究小组重点研究了发生在2021919日的一次事件。泥石流到达监测站后不久,流速出现了峰值。在这个速度峰值之前,大型巨石和木质碎片倾向于以相似的速度移动。然而,在峰值之后,巨石的移动速度比木质碎片慢了60%70%。研究人员发现,流动是高度不均匀和不稳定的。气流前端的速度约为0.82/秒。这些前端速度比流前沿后面的拖曳物质的速度慢1.22倍。然而,一旦巨石到达前端,它们就不会再循环,而是减速,但仍然是流锋的一部分。该研究的主要发现包括: 

  1)以亚秒间隔扫描的高分辨率3D激光雷达展示了一种探索泥石流动力学的新方法。 

  2)激光雷达提供的锋面和地表速度可以识别形成和维持泥石流锋面的过程。 

  3)单颗粒运动对垂直速度剖面和流动状态的时间变化有限制。 

   这项高度详细的调查让研究人员对泥石流是如何移动的以及它们的组成颗粒是如何分离的有了深入了解,这些发现可以帮助科学家评估和管理地质灾害风险。(王立伟 编译)

  来源:中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2023年第06期          

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