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。透過實地觀測、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，透過改變顆粒的排列和結構，可以有效減少風的作用力。
黃寧（左）在沙漠考察。受訪者供圖
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。這一選擇源於當時系主任的一句話：「將數學作為工具套用到其他學科，可以更好地造福人類。」
然而，真正的挑戰才剛剛開始。
1997年，年輕的黃寧站在人生的十字路口，懷揣對知識的渴望和對未來的憧憬，準備踏入博士研究階段的大門。那一年，他拿到了導師鄭曉靜（2009年當選中國科學院院士）的研究課題——風沙兩相流現象。這是國際學界最具挑戰性的難題之一，也是重大國家需求。
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。對於這個選題，黃寧感受到的不僅是挑戰，更是一種使命的召喚。
「上世紀90年代，中國北方地區面臨嚴重的沙塵暴危害，對於沙塵暴中風沙電研究，國內還是一片空白。」黃寧表示，作為一名西北人，他想為家鄉做些什麽。
黃寧深知，這個選題非常前沿，也十分迫切。沙塵暴災害是環境災害中亟待解決的難題，全球都在尋找解決之道。揭示風沙電現象的奧秘，或許就是消除沙塵暴災害的關鍵所在。
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。
在科研之路上，他們常常與危險不期而遇。一次，正當他們例行觀測時，天空突然變暗，風力驟然加大。這是黑風暴來臨的征兆。黑風暴是沙漠中一種極端天氣現象，威力足以將整支研究隊伍吞沒。黃寧知道，此時與外界的聯系已經中斷，他們被困在了沙漠深處。
面對這樣的危險，黃寧並沒有驚慌失措。他迅速組織團隊，采取一系列緊急措施保護人身安全，並防止沙塵暴對儀器造成損害。同時，他們密切關註風暴動向，尋找最佳逃生路線。
在接下來的幾個小時裏，黃寧和團隊成員與黑風暴展開了一場生死較量。黑風暴的威力超出了他們的想象，整個天空被沙塵籠罩，能見度幾乎為零。最終，在漫長而艱難的等待後，風暴終於逐漸減弱，黃寧和團隊成員憑借勇氣和智慧與風暴抗衡，成功躲過了這場災難。這次經歷讓黃寧更加深刻認識到沙漠的威力，也讓他更加敬畏自然。
日復一日，年復一年，黃寧和他的團隊逐漸摸清了風沙運動的特征和成因，也發現了不同地區之間的差異。
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，推動了中國風沙環境力學領域研究，提升了中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公裏，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「百裏風區」。
在這裏，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鬥，以保證鐵路的正常營運。
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於被設計出來。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年後，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，並給出了解決方案。
蘭新鐵路擋風墻試驗的成功，讓他第二次與鐵路保護結緣。
沿著世界第二大流動沙漠——塔克拉瑪幹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，風沙對鐵路建設和營運危害嚴重。
在這裏，黃寧與團隊頂著烈日、風沙，經過無數次試驗和修正，成功開發出適用於該區域沙漠地表的鐵路風沙運動計算模型與程式，為防沙治沙工程提供科學依據。
他發現，風向、沙粒的粒徑和分布等因素都會影響風沙的運動軌跡。在此基礎上，黃寧提出了防沙治沙的最佳化設計方案，建議采用特定植被、建設擋風墻和排水系統等，減少風沙對鐵路的影響。這些方案不僅提高了鐵路的安全性，還為當地的生態環境保護提供了有益借鑒。
由於黃寧發表的一篇關於風沙的學術論文，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別。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
祁連山，中國西部的一顆明珠，其積雪是河西走廊的主要淡水資源，不僅關乎當地居民的生活，更關乎整個亞洲的生態平衡。隨著全球氣候變遷加劇，祁連山的積雪狀況備受關註。
近年來，黃寧逐漸將研究重點從風沙轉向積雪，透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，並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充套件至遙遠的火星，這源於地球與火星沙塵間的神秘聯系。
火星沙塵暴規模大且持久，對探測任務構成嚴重威脅。他深知，理解這些沙塵的起因、運動規律及其對火星氣候和地質的影響，對未來的火星探測任務至關重要。
「沙塵暴是火星上的一種常見現象，可以覆蓋整個星球表面，影響太陽輻射吸收和行星大氣層的溫度分布。這些沙塵暴與地球上的沙塵暴不同，它們的規模更大，持續時間更長，可以持續數月之久。」黃寧說，「由於火星沙塵顆粒的硬度較高，它們在高速運動中會對探測器表面造成嚴重的磨損。」
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，透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塗層等防護建議。此外，為提高機械部件的抗堵塞效能和壽命，他們提出了最佳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。
