检索结果-内蒙古大学图书馆

大气科学 2024年第2期48卷 745-754页

作者：张桃林鹏飞刘海龙郑伟鹏王鹏飞徐天亮李逸文刘娟陈铖中国科学院大气物理研究所大气科学与地球物理流体动力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院哈尔滨150001 北京应用气象研究所北京100029 西北工业大学航海学院西安710072

海表面温度作为海洋中一个最重要的变量,对全球气候、海洋生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报。深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。... 详细信息

海表面温度作为海洋中一个最重要的变量,对全球气候、海洋生态等有很大的影响,因此十分有必要对海表面温度(SST)进行预报。深度学习具备高效的数据处理能力,但目前利用深度学习对整个赤道太平洋的SST短期预报及预报技巧的研究仍较少。本文基于最优插值海表面温度(OISST)的日平均SST数据,利用长短期记忆(LSTM)网络构建了未来10天赤道太平洋(10°S~10°N,120°E~80°W)SST的逐日预报模型。LSTM预报模型利用1982~2010年的观测数据进行训练,2011~2020年的观测数据作为初值进行预报和检验评估。结果表明:赤道太平洋东部地区预报均方根误差(RMSE)大于中、西部,东部预报第1天RMSE为0.6℃左右,而中、西部均小于0.3℃。在不同的年际变化位相,预报RMSE在拉尼娜出现时期最大,正常年份次之,厄尔尼诺时期最小,RMSE在拉尼娜时期比在厄尔尼诺时期可达20%。预报偏差整体表现为东正、西负。相关预报技巧上,中部最好,可预报天数基本为10天以上,赤道冷舌附近可预报天数为4~7天,赤道西边部分地区可预报天数为3天。预报模型在赤道太平洋东部地区各月份预报技巧普遍低于西部地区,相比较而言各区域10、11月份预报技巧最低。总的来说,基于LSTM构建的SST预报模型能很好地捕捉到SST在时序上的演变特征,在不同案例中预报表现良好。同时该预报模型依靠数据驱动,能迅速且较好地预报未来10天以内的日平均SST的短期变化。

关键词：海表面温度 LSTM (long short-term memory) 短期预报赤道太平洋

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NAO在末次冰盛期和全新世对AMOC影响的对比研究

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1042-1052页

作者：高杨刘健温琴孙炜毅宁亮严蜜南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

大西洋经向翻转环流(AMOC)的年代际变率对气候变化起着重要的调制作用。在现代气候背景下,北大西洋涛动(NAO)加强能使AMOC增强,但这种关系在更长时间尺度上是否成立尚不清楚。本研究利用TraCE-21ka模拟资料,对比分析末次冰盛期(LGM)和... 详细信息

大西洋经向翻转环流(AMOC)的年代际变率对气候变化起着重要的调制作用。在现代气候背景下,北大西洋涛动(NAO)加强能使AMOC增强,但这种关系在更长时间尺度上是否成立尚不清楚。本研究利用TraCE-21ka模拟资料,对比分析末次冰盛期(LGM)和全新世时期NAO对AMOC影响的异同。结果表明,LGM时期较全新世时期经向温度梯度偏强,NAO位置偏南,这导致NAO与AMOC关系的不同:NAO的增强在LGM时期可以使AMOC增强,而在全新世使AMOC减弱。具体地,在LGM时期NAO的加强使北大西洋副极地气旋性环流增强,其南支导致向北的高盐海水输送增加,从而使北大西洋副极地区域密度升高,AMOC增强。与此同时,NAO正位相还能在中纬度激发异常的Ekman下沉流使AMOC加强。相反,在全新世时期,NAO正位相导致北大西洋副极地地区气旋性环流减弱,这导致中纬度向高纬度输送的高盐度海水减少,AMOC减弱。本研究表明NAO与AMOC的关系在很大程度上取决于不同气候背景下NAO的位置。

关键词：末次冰盛期全新世北大西洋涛动大西洋经向翻转环流

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应用GRIST 模式对“23·7”华北极端降水的模拟试验

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暴雨灾害 2024年第3期43卷 276-287页

作者：陈湉茹张祎孙溦李妮娜刘鸿波徐幼平航天宏图信息技术股份有限公司2035未来实验室北京100195 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学北京研究院北京100094 中国气象科学研究院北京100081 国家气象中心北京100081 北京应用气象研究所北京100029

全球-区域一体化预测系统(Global-Regional Integrated forecast SysTem,GRIST)的变网格公里尺度非静力模式(以下简称GRIST模式)兼具全球和区域模式的特点,可在无需侧边界条件下进行中期时间尺度预报,有望在局部区域达到与高分辨率的区... 详细信息

全球-区域一体化预测系统(Global-Regional Integrated forecast SysTem,GRIST)的变网格公里尺度非静力模式(以下简称GRIST模式)兼具全球和区域模式的特点,可在无需侧边界条件下进行中期时间尺度预报,有望在局部区域达到与高分辨率的区域模式预报接近的效果。为了检验该模式对极端天气事件的模拟能力,以2023年7月29日—8月2日华北地区特大暴雨过程(以下简称“23·7”极端降水)为例,通过回报试验对GRIST变网格模式对“23·7”极端降水的模拟能力进行了评估;同时利用CMPA降水资料和ERA5再分析资料,采用空间相关系数、TS和BIAS评分等客观分析指标,将国内外GRIST变网格模式对极端降水的模拟效果与目前国内外5种主要业务模式即ECMWF、CMA-GFS全球模式和CMA-MESO、CMA-SH、CMA-BJ区域模式的预报效果进行了比较。结果表明:(1)GRIST及5种业务模式均能模拟或预报出“23·7”极端降水过程的发生。GRIST对该过程中降水最强时段(7月30日08:00—8月1日08:00,北京时,下同)的模拟效果最佳,与观测降水的空间相关系数最高可达0.85,各量级降水的TS评分均达区域模式的预报水平。(2)GRIST模式能准确模拟“23·7”极端降水过程的大尺度环流特征,包括西太平洋副热带高压的位置和范围、北向的水汽输送等,对于表征局地环流演变特征的风暴相对螺旋度的分布和强度也有较好的模拟效果。(3)GRIST模式对不同尺度环流形势的准确模拟,有助于其对降水落区和降水演变特征的精准刻画。

关键词：数值模拟极端降水变分辨率模式全球模式

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基于扩展卡尔曼滤波和自动微分技术对陆面数据同化系统参数的快速估计及其影响

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中国科学：地球科学 2023年第11期53卷 2591-2608页

作者：田佳鑫卢麾阳坤秦军赵龙周建宏姜尧志马小刚清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学全球变化研究院北京100084 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 西南大学地理科学学院重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站重庆400715 清华大学-西安市勘察测绘院新型智能测绘联合研究中心北京100084

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同... 详细信息

土壤水分在干旱监测、洪水预报和水资源管理中发挥着重要作用.数据同化方法能结合模型和遥感的优势,生产高精度、时空连续的土壤水分数据.目前,陆面数据同化面临的主要难题之一是模型和观测误差的准确估计.为此,我们前面提出了双循环同化算法,实现了模型和观测误差、模型算子和观测算子参数的同时估计.由于该算法需要设置较大的集合个数才能实现稳定的参数估计,导致参数估计效率低,限制了其在大范围陆面同化系统中的应用.为此,本研究通过:(1)采用二元数自动微分方法计算陆面过程模型(LSM)的雅可比矩阵以替代获取复杂的LSM的切线性模型;(2)采用扩展卡尔曼滤波(EKF)框架替代集合卡尔曼滤波框架,提高了双循环算法的参数估计效率.在模型积分步长为1h和参数优化窗口为90天的条件下,改进后的双循环算法参数优化效率提高近60倍.为检验双循环算法在区域尺度陆面数据同化中的效果,我们在青藏高原区域同化SMAP土壤水分产品,并利用四个不同地理气候环境下的土壤水分观测网数据验证同化结果.结果显示,在青藏高原区域,相较于基于默认参数的模型模拟结果,基于EKF改进的双循环同化算法能够校正模型参数和观测的偏差,估计的土壤水分精度更高,同时也提高了地表温度和蒸散发的估计精度.此外,相较于全球土壤数据中的沙土含量、黏土含量以及孔隙度,该方案得到的土壤参数空间分布更为合理.本研究改进的双循环算法有望进一步提高陆面、生态以及水文数据同化技巧.

关键词：土壤水分数据同化参数校正偏差校正误差估计自动微分

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全新世太阳活动对东亚夏季风百年尺度变化影响的模拟研究

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1053-1065页

作者：陈萌萌孙炜毅刘健宁亮严蜜马雅楠陈少洋南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 可持续发展大数据国际研究中心北京100094 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

太阳活动对东亚夏季风(EASM)变化有着重要的影响。本研究利用通用地球系统模式(CESM)开展了全新世气候瞬变模拟试验,探究了全新世EASM降水百年尺度的变化特征及其对太阳活动外强迫的响应机理。结果表明:在变化趋势上,模拟的全新世以来E... 详细信息

太阳活动对东亚夏季风(EASM)变化有着重要的影响。本研究利用通用地球系统模式(CESM)开展了全新世气候瞬变模拟试验,探究了全新世EASM降水百年尺度的变化特征及其对太阳活动外强迫的响应机理。结果表明:在变化趋势上,模拟的全新世以来EASM降水呈减弱趋势,主要受地球轨道参数外强迫的影响。在百年尺度上,中全新世以来太阳活动外强迫引起EASM降水出现约430年的周期变化特征,这与高分辨率重建资料记录的周期相似。这一百年尺度变化的空间主模态呈南北偶极型分布,北方降水与太阳活动存在显著的同期正相关,当太阳活动增强时东亚海陆热力差异加强,陆地海平面气压降低,引起异常的气旋性环流,有利于北方降水增多。南方降水与太阳活动呈负相关并滞后于太阳活动,太阳活动通过调制赤道太平洋类拉尼娜态的海温梯度,引起西北太平洋风-蒸发-海温的正反馈机制,触发异常的西北太平洋气旋性环流,从而导致南方降水减少。

关键词：东亚夏季风全新世太阳活动古气候模拟百年尺度

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澜沧江-湄公河流域水库联合调度防洪作用

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水科学进展 2021年第1期32卷 68-78页

作者：侯时雨田富强陆颖倪广恒卢麾刘慧魏靖清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 云南大学亚洲国际河流中心云南昆明650500 清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 中国水利水电科学研究院北京100038

澜沧江-湄公河流域汛期洪灾频发,气候变化极有可能进一步加剧该区域洪水的量级和发生频率,需要上下游合作共同应对。建立了澜沧江-湄公河全流域分布式水文及水库调度模型,模拟1991—2005年全流域13条支流和5个干流防洪控制断面的逐日天... 详细信息

澜沧江-湄公河流域汛期洪灾频发,气候变化极有可能进一步加剧该区域洪水的量级和发生频率,需要上下游合作共同应对。建立了澜沧江-湄公河全流域分布式水文及水库调度模型,模拟1991—2005年全流域13条支流和5个干流防洪控制断面的逐日天然流量过程,在此基础上模拟全流域已建、在建和规划水库的联合调度过程,分析防洪作用。结果表明:(1)全流域水库联合调度对湄公河5个主要断面均有显著的防洪作用,在完全按照防洪目标对水库进行调度的情况下可将200年一遇洪水减至20~50年一遇。(2)湄公河左岸支流的防洪能力远高于右岸,具有较高防洪能力的支流有澜沧江、南乌河、南俄河、南屯河、濛河、色公河和桑河。(3)对不同断面起主要防洪作用的支流不同:在琅勃拉邦上游,澜沧江、南乌河起主要作用;在那空帕农断面,南俄河与南屯河加总的防洪作用与澜沧江基本相等;在巴色下游,濛河和色公河的作用均超过澜沧江。澜湄合作机制为上下游防洪合作提供了重要契机,研究成果可为流域国协商建立联合防洪调度机制提供参考。

关键词：水文模型水库联合调度防洪作用澜沧江-湄公河

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历史时期中国东部年代际干旱模拟的研究进展

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1123-1132页

作者：宁亮刘健刘征宇严蜜孙炜毅陈可凡覃燕敏薛姣王鎏琳汪琪李楚鑫吴芬李奔月南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 马萨诸塞大学地球科学系气候系统研究中心阿默斯特马萨诸塞州01002 中国科学院机构地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 俄亥俄州立大学地理系哥伦布俄亥俄州43210

本文总结了历史时期中国东部年代际干旱时空特征及成因机制的最新研究进展。作为典型季风区,中国东部年代际干旱均与典型的弱季风事件相关,空间特征上呈现出南涝北旱或者全区干旱的模态。成因机制方面,年代际干旱由气候系统内部变率(PDO... 详细信息

本文总结了历史时期中国东部年代际干旱时空特征及成因机制的最新研究进展。作为典型季风区,中国东部年代际干旱均与典型的弱季风事件相关,空间特征上呈现出南涝北旱或者全区干旱的模态。成因机制方面,年代际干旱由气候系统内部变率(PDO、AMO)和外强迫(包括火山活动、太阳辐射、温室气体、人为气溶胶、土地利用等)共同作用引发,其中,气候系统内部变率主要对年代际干旱起到触发作用,外强迫对干旱强度和持续时间起到加剧作用;此外,外强迫还通过改变气候系统内部变率的频次和强度来改变年代际干旱的频次、强度、持续时间;最后,本文还探讨了历史时期中国东部年代尺度干旱研究中未解决的问题及未来研究方向。

关键词：历史时期年代际干旱东亚季风气候模拟

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压气机叶栅非定常边界层中的频率响应

压气机叶栅非定常边界层中的频率响应

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：王太阳赵耀民北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

受逆压梯度影响,航空发动机压气机叶栅边界层常常会表现出非定常分离的特性,导致流动损失显著升高。准确预测非定常分离的频率响应,对于发展边界层控制策略以优化叶栅翼型性能乃至预防失速具有指导意义。另外,流动分离影响下可能出现高... 详细信息

受逆压梯度影响,航空发动机压气机叶栅边界层常常会表现出非定常分离的特性,导致流动损失显著升高。准确预测非定常分离的频率响应,对于发展边界层控制策略以优化叶栅翼型性能乃至预防失速具有指导意义。另外,流动分离影响下可能出现高分贝的纯音噪声。探究纯音噪声的频谱特性及发声机制,对于减小噪声具有重要的应用价值。然而,叶栅内流环境中往往存在多种不稳定机制,且相应的高质量流场数据较为缺乏,压气机叶栅中的频率响应机制仍不明晰,需要进一步的研究。本研究开展直接数值模拟(DNS)研究,重点关注压气机叶栅边界层非定常分离的频率响应。我们共设置了两个三维压气机平面叶栅算例:一个无外加扰动影响,叶片两侧边界层均由层流边界层分离主导(case-L);另一个算例中施加了初始随机小扰动,叶片吸力侧边界层表现出明显的分离诱导转捩过程(case-T)。受复杂压力梯度影响,case-L吸力侧边界层表现为规则的涡脱落;而由于转捩的发生,case T吸力侧边界层非定常分离发生后会很快再附。在压力侧,两算例都表现为离散的闭合分离泡。基于动力学模态分解(DMD)的结果,两算例的主模态频率表现出显著差异。特别地,频谱分析表明case-L表现出纯音噪声特性。基于DNS流场与二维线性稳定性分析(Jones et al., ***., 2010),我们在case-L吸力侧边界层中观察到从非定常分离点出发的下行不稳定波和尾缘散射导致的上行声波,两者相互作用形成的声反馈机制在绝对不稳定性作用下得以维持。声反馈模型很好地解释了case-L表现出的离散频率,而主频的筛选则可能由近尾迹不稳定性决定。相反的,受mode-B三维不稳定性的影响,case-T在吸力侧表现出自维持湍流特性。复杂的展向三维结构破坏了压力脉动的规则周期与相位,削弱了声反馈(Gelot&Kim, J. Fluid Mech., 2020)。因此,case-T未表现出明显的纯音噪声,且其主频可以被线性稳定性分析很好地预测。由于压力侧边界层表现出对流不稳定特性,两算例在压力侧无明显差异,其分离频率或受到吸力侧尾缘散射声波的调制。

关键词：压气机叶栅边界层非定常分离气动声学湍流转捩

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1⁃苯基⁃3⁃甲基⁃4⁃苯甲酰基⁃5⁃吡唑啉酮镝(Ⅲ)配合物的晶体结构、磁性及理论分析

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无机化学学报 2021年第4期37卷 623-628页

作者：景佳慧刘斌孟银杉张义权陆海全刘姗姗北京石油化工学院化学工程学院燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室北京102617 大连理工大学精细化工国家重点实验室大连116024 北京大学化学与分子工程学院北京分子科学国家实验室稀土材料化学及应用国家重点实验室北京100871 南京师范大学江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京210023

采用缓慢挥发法合成了一例单核镝配合物[Dy(pmbp)3(H2O)2]·CH3CN(1),(Hpmbp=1‑苯基‑3‑甲基‑4‑苯甲酰基‑5‑吡唑啉酮)。单晶X射线衍射数据表明镝离子与3个pmbp-配体和2个H2O分子配位,形成八配位的扭曲四方反棱柱构型。磁性测试表明... 详细信息

采用缓慢挥发法合成了一例单核镝配合物[Dy(pmbp)3(H2O)2]·CH3CN(1),(Hpmbp=1‑苯基‑3‑甲基‑4‑苯甲酰基‑5‑吡唑啉酮)。单晶X射线衍射数据表明镝离子与3个pmbp-配体和2个H2O分子配位,形成八配位的扭曲四方反棱柱构型。磁性测试表明配合物1在加场下可以表现出慢的磁弛豫行为,其有效能垒为42 K。通过理论计算得出了配合物1的磁易轴方向,并解释了其磁学性能。磁构关系研究分析了pmbp-配体的共轭效应对配合物1磁各向异性的影响。

关键词： β‑二酮单分子磁体磁各向异性共轭效应

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基于基因表达式编程的数据驱动湍流建模

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力学学报 2021年第10期53卷 2640-2655页

作者：赵耀民徐晓伟北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871 澳大利亚墨尔本大学机械工程系澳大利亚墨尔本3010

计算流体动力学是湍流研究的重要手段,其中雷诺平均模拟在航空航天等实际工程中得到了广泛应用.雷诺平均模拟的结果很大程度上依赖于湍流模型的预测精度,而实际工程应用中常用的模型往往精度有限.近年来,数据驱动的湍流建模方法得到越... 详细信息

计算流体动力学是湍流研究的重要手段,其中雷诺平均模拟在航空航天等实际工程中得到了广泛应用.雷诺平均模拟的结果很大程度上依赖于湍流模型的预测精度,而实际工程应用中常用的模型往往精度有限.近年来,数据驱动的湍流建模方法得到越来越多的关注.本文介绍了基于基因表达式编程(gene-expression programming,GEP)方法的湍流建模相关进展.本文首先讨论基因表达式编程应用于湍流建模的具体方法,包括基本算法、显式代数应力模型和湍流传热两种建模框架、模型测试方法以及损失函数设置等.在此基础上,基因表达式编程方法被应用于涡轮叶栅尾流混合、竖直平板间自然对流、三维横向流中的射流等问题.结果表明,GEP可以有效提升常用模型对于尾流混合损失、壁面热通量等关键参数的预测精度.基因表达式编程方法可以显式给出模型方程,因此模型具有可解释性强等特点.基于双向耦合方法得到的模型还被证明具有较好的后验测试精度和鲁棒性.基因表达式编程方法还被初步应用于大涡模拟亚格子应力和边界层转捩等问题的建模,在不同湍流建模领域表现出很大的潜力.

关键词：湍流雷诺平均模拟显式代数应力模型湍流传热模型基因表达式编程机器学习

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