摘要
火山碎屑密度流(PDCs)是火山爆发产生的危险多相流。PDC造成了全球超过三分之一的火山死亡，因此，开发可靠的PDC灾害模型是火山学和自然灾害科学的优先事项。然而，pdc内部气体-颗粒相互作用的复杂性，以及它们的敌对性质，使得内部流动特性的定量测量和危险模型的验证具有挑战性。在过去十年中，大规模实验、现场观察以及计算和理论模型的重大进展为pdc神秘的内部结构提供了新的见解，并确定了其流体状运动背后的关键过程。最近的发展也揭示了新认识的中尺度湍流过程和PDC行为之间的重要联系。在这篇综述中，我们考虑了PDC研究的最新进展如何缩小了更可靠的危险建模的差距，概述了使用地球物理方法测量自然流体内部特性的必要性，并确定了未来研究的关键挑战。对PDCs的深入了解也将为其他自然重力流和高能湍流多相流(如碎屑雪崩和浊流)的动力学提供深入的见解。
要点
我们对火山碎屑密度流(PDCs)的了解还不够快，无法挽救生命。
实验和计算研究的最新进展描述了分离PDC输运的稀释、中间和浓缩体系的浓度边界。
稀流区和浓流区之间的质量和动量传递，以及不断演变的输运行为，是由最近确定的中间状态控制的。
实验pdc中孔隙压力反馈的识别，结合多相建模，可以深入了解pdc高迁移率和极低有效摩擦的起源。
探测内部流动结构的新地球物理方法正在出现，将为测试现有PDC流动模型提供数据，并推动未来的研究。
通过结合实验、计算和现场方法获得的PDC的先进理解必须用于对PDC危害模型进行基准测试、验证和改进。
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确认
这项工作得到了新西兰皇家学会马斯登基金(合同编号为MAU1506和MAU1902)、美国国家科学基金会(合同编号为MAU1506和MAU1902)的支持。EAR 1650382)，新西兰商业、创新和就业部的奋进基金(合同编号:RTVU1704)和抵御自然挑战科学挑战基金(GNS-RNC047)。我们感谢Michael Manga的灵感和帮助创建额外的人物，以及Ermanno Brosch协助准备人物。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
g.l.， e.c.p.b, t.e.o。J.D对讨论内容做出了重大贡献，并撰写和编辑了这篇评论文章。B.B.对内容的讨论做出了重大贡献，并编辑了文章。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息
《自然评论地球与环境》感谢s . Ogburn, G. Douillet和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
出版商的注意
施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
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补充信息
术语表
- 重力流
-
当一种密度的流体传播到另一种密度相反的流体中时。
- 危险的足迹
-
受一个或多个危险影响的区域。
- 动压
-
流动密度和流速平方乘积的二分之一。火山碎屑密度流破坏性的测量方法。
- 可压缩湍流
-
密度和温度随气体压力变化的湍流流动。
- 孔隙压力修正颗粒流
-
存在超孔隙压力的颗粒流，可改变流动内部的摩擦力。
- 干颗粒流
-
一种干粒状物质的密集流动，其动力学被设想为由与颗粒-颗粒相互作用有关的应力所支配，而不是水动力应力
- 火山碎屑流
-
火山碎屑密度流以集中输运为主。
- 火成碎屑激增
-
火山碎屑密度流以稀释输运为主。
- 多分散性
-
包含一定粒径范围的颗粒混合物的特性。
- 各向同性湍流
-
一种理想的湍流状态，在这种状态下，假定湍流波动在各个方向上统计均匀地衰减。
- 孔隙压力
-
颗粒介质的间隙中所含流体的压力
- 次网格模型
-
在计算网格上无法解决的尺度上发生的物理过程的表示。
- 单分散的
-
同等大小的粒子的混合物。
- 中尺度粒子簇
-
粒子聚集成连贯的带状结构。
- 柯尔莫哥洛夫规模
-
在湍流中分子黏度的影响不可忽略的长度、时间和速度尺度。
- Kelvin-Helmholtz不稳定
-
一种流体动力学不稳定性，其中不混溶的、不可压缩的和无粘性的流体处于相对和无旋转运动
- 发射距离
-
流动密度低于周围空气密度的距离，导致部分火山碎屑密度流浮力上升。
权利和权限
关于本文
引用本文
Lube, G.， Breard, E.C.P, Esposti-Ongaro, T.;et al。火山碎屑密度流的多相流动特性及危险性预测。Nat Rev地球环境1， 348-365(2020)。https://doi.org/10.1038/s43017-020-0064-8
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这篇文章被引用
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