黃寧：從地球到火星，永不停歇的沙塵之旅

葉滿山

在遙遠的西北，沙漠與雪地總是不斷交織。在風的吹拂下，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。

蘭州大學土木工程與力學學院教授黃寧從流體力學入手，深入研究顆粒在風的作用下的運動規律，探索預防和消除沙塵暴、雪暴等問題的有效方法。通過實地觀測、實驗分析等方式，他發現顆粒的運動與風的速度、方向以及地形等因素密切相關，通過改變顆粒的排列和結構，可以有效減少風的作用力。

西部出發，從沙塵開始

1984年，黃寧選擇力學專業，開啟了學以致用的探索之路。這一選擇源于當時系主任的一句話：“將數學作為工具應用到其他學科，可以更好地造福人類。”

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

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

經過20多年的努力，他從防風、阻沙、固沙等角度出發，因地制宜地提出綜合治理方案，結合風沙運動的基礎理論，將共性與特性相結合，在風沙兩相流領域取得了重要研究成果，為理解這一復雜現象提供了重要的科學依據，推動了我國風沙環境力學領域研究，提升了我國在該領域的國際影響力。2018年，黃寧與導師周又和（2021年當選為中國科學院院士）、鄭曉靜一起獲得國家自然科學獎二等獎。

學以致用，從鐵路開始

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

在這里，大風攜帶沙塵，嚴重風蝕路基、橋涵等鐵路設施。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生。風區的鐵路職工們每天都在與風沙搏斗，以保證鐵路的正常運營。

黃寧受委托為蘭新鐵路設計擋風墻，經過反復研究和試驗，鐵路風向位置上一道堅固的擋墻終于被設計出來。這道擋墻以低成本為前提，最大限度避免了強橫風造成列車傾覆的危險，起到了非常好的防護效果。

然而，10年后，新問題出現了。擋風墻雖然擋住了強風，卻加重了其防護的鐵軌區域的積沙問題。面對新挑戰，黃寧再次深入開展研究，弄清了積沙加重的原因和機制，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。這是世界上首條環沙漠鐵路，風沙對鐵路建設和運營危害嚴重。

在這里，黃寧與團隊頂著烈日、風沙，經過無數次試驗和修正，成功開發出適用于該區域沙漠地表的鐵路風沙運動計算模型與程序，為防沙治沙工程提供科學依據。

由于黃寧發表的一篇關于風沙的學術論文，美國探索頻道的編輯聯系到黃寧，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沙研究的價值與環境保護的重要性。

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

探索未知，向火星出發

近年來，黃寧逐漸將研究重點從風沙轉向積雪，通過遙感監測和實地考察，深入研究了祁連山積雪的分布和變化規律。

在崇山峻嶺間穿梭，在茫茫雪原上跋涉，黃寧團隊收集了大量數據和樣本，并揭示了這些高寒山區積雪水資源的分布規律和演化機制，研究成果不僅為科學評估這些地區的水資源奠定了理論基礎，也為生態保護提供了技術支撐。

在下一步計劃中，黃寧已將研究視野擴展至遙遠的火星，這源于地球與火星沙塵間的神秘聯系。

黃寧團隊與澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室合作，通過實驗觀測和數值模擬，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建議。此外，為提高機械部件的抗堵塞性能和壽命，他們提出了優化相關儀器的機械結構、使用防塵材料等改進建議。

“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，我還要繼續我的沙塵之旅，我追求科學真理的腳步將永不停歇。”黃寧說。