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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第10期54卷 2-29页

作者：刘昌文肖左利张又升北京大学高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室应用物理与技术研究中心北京100871 北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871 北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理全国重点实验室北京100088

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性和Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性广泛存在于自然界和工程应用中,是流体力学研究领域的重要研究课题.在惯性约束聚变工程中,这些不稳定性对于聚变点火过程的成功至关重要.因此,深入理解不稳定性的发展机制... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性和Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性广泛存在于自然界和工程应用中,是流体力学研究领域的重要研究课题.在惯性约束聚变工程中,这些不稳定性对于聚变点火过程的成功至关重要.因此,深入理解不稳定性的发展机制并建立相应的理论模型,不仅具有深远的科学意义,而且对实际工程应用具有重要的理论支撑作用.本文详细综述了自1955年Layzer提出势流理论模型以来,学术界在平面单模RT和RM不稳定性界面顶点演化预测方面所取得的一系列研究进展.研究内容涵盖了影响不稳定性发展的多种关键因素,包括初始扰动形式、流体密度比、涡量、表面张力、黏性和可压缩性等.同时,本文深入探讨了这些因素之间的非线性耦合关系和背后的物理机理,并分析了向汇聚几何扩展时由于几何效应所产生的附加影响.最后,本文对单模不稳定性理论未来的发展方向和研究重点提出了展望.

关键词： Rayleigh-Taylor不稳定性 Richtmyer-Meshkov不稳定性界面顶点演化 Layzer势流理论

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西江感潮河道(马口—磨刀门)的潮波传播特征研究

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热带海洋学报 2023年第4期42卷 47-62页

作者：武家兴王浩丞张璐张卓陈鹏李玉婷南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室江苏南京210023

基于2015—2017年梧州站逐日流量时间序列,应用一维、二维耦合数值模型,并考虑曼宁系数的洪枯季变化,模拟了西江感潮河道(马口—磨刀门)潮位的时空变化,研究了潮波从河口向河道上游传播过程中的潮波变形特征、潮位极值点的时空分布以及... 详细信息

基于2015—2017年梧州站逐日流量时间序列,应用一维、二维耦合数值模型,并考虑曼宁系数的洪枯季变化,模拟了西江感潮河道(马口—磨刀门)潮位的时空变化,研究了潮波从河口向河道上游传播过程中的潮波变形特征、潮位极值点的时空分布以及潮差的沿程衰减特征。结果表明,河道水位受径流影响有明显的洪枯季特征;日均水位呈现大小潮期间的半月周期变化,半月变化沿河道上溯逐渐增大,说明外海潮波以一种半月低频分潮的形式向河道上游传播;受径流影响,潮汐不对称特征越往上游越明显,涨潮历时和落潮历时的差异往上游递增。各个水文站的极值潮位受径流影响往上游呈递增趋势,且在外海潮汐的作用下多发生在大潮期间。河道内潮差从下游往上游呈递减趋势,季节差异显著,下游的灯笼山和三灶站有明显的半年周期特征。

关键词：潮波传播径潮作用极值潮位潮差

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9.2ka BP亚洲弱季风事件的模拟研究

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大气科学 2024年第3期48卷 1189-1200页

作者：王晶孙炜毅何家智刘健宁亮严蜜南京师范大学地理科学学院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京210023 南京师范大学数学科学学院江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋一气候一同位素模拟开放工作室青岛266237

全新世发生了一系列的亚洲季风突变事件,其中距今9.2ka的弱季风事件较少受到关注,其存在与否以及成因机制仍然存在争议。本文利用通用地球系统模式(Community Earth SystemModel,CESM)进行全新世以来瞬变积分气候模拟试验得到的结果(Nan... 详细信息

全新世发生了一系列的亚洲季风突变事件,其中距今9.2ka的弱季风事件较少受到关注,其存在与否以及成因机制仍然存在争议。本文利用通用地球系统模式(Community Earth SystemModel,CESM)进行全新世以来瞬变积分气候模拟试验得到的结果(NanjingNormalUniversity-12ka,NNU-12ka)对比重建资料和国际上已完成的过去21ka以来的瞬变积分模拟试验(Transient Climate Evolution over the last 21000 years,TraCE-21ka),探究了9.2ka亚洲弱季风事件的时空特征及其成因。结果表明:NNU-12ka太阳活动敏感性试验模拟出了9.6~9.4ka前后的亚洲弱季风事件,此时总太阳辐射减少了0.38Wm^(2),亚洲季风区夏季平均降水减少了0.17mmd^(-1)。而基于TraCE-21ka的全强迫试验结果表明,冰川融水和冰盖变化对该时期亚洲季风变化没有显著影响。NNU-12ka太阳活动试验中亚洲热带季风区夏季降水减少尤为明显,在我国东北地区降水略有增加。热带季风减弱的原因是由于太阳辐射的骤降导致亚洲海陆热力梯度减弱,加强亚洲陆地的海平面气压,引起热带季风区的异常下沉运动,抑制水汽向亚洲季风区输送,进而通过动力作用减弱季风。

关键词：亚洲季风突变事件地球系统模式太阳活动全新世

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全新世不同时期夏季西风急流与东亚夏季风的协同演变及其对中国降水格局的影响

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中国科学:地球科学 2025年第4期55卷 1136-1151页

作者：刘雅雯严蜜刘健王苏民刘征宇宁亮王子怡南京师范大学地理科学学院虚拟地理环境教育部重点实验室/“地理环境变化与区域应对”国家级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京210023 南京师范大学数学科学学院江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京210023 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008 Department of Geography The Ohio State UniversityColumbus OH 43210USA

东亚副热带高空西风急流(EASWJ)和东亚夏季风(EASM)的相互作用通常被认为是中国降水格局演变的重要动力因素.本文利用末次盛冰期以来的瞬变积分气候模拟试验结果(TraCE-21ka),通过多元经验正交函数分析方法(MVEOF),探究了全新世早、中... 详细信息

东亚副热带高空西风急流(EASWJ)和东亚夏季风(EASM)的相互作用通常被认为是中国降水格局演变的重要动力因素.本文利用末次盛冰期以来的瞬变积分气候模拟试验结果(TraCE-21ka),通过多元经验正交函数分析方法(MVEOF),探究了全新世早、中、晚三个时期EASWJ和EASM的协同演变及其对中国降水格局的影响.结果表明,在不同时期,MVEOF第一模态均显示EASWJ和EASM以强度的反相变化关系为主,但是晚全新世急流轴较宽,且倾斜程度较大.在二者协同演变形成的次级环流影响下,在早、中全新世中国呈现东部两极型(“南涝北旱”或“南旱北涝”)-北方两极型(“西湿东干”或“西干东湿”)的降水格局;而晚全新世呈现全区一致型降水格局.该模态在中、晚全新世以趋势变化为主.MVEOF第二模态显示,当早全新世EASWJ东移、急流轴缩短时,对应EASM减弱,中国呈现东部两极型-北方一致型降水格局;中全新世当EASWJ北移,EASM增强时,与之对应的中国降水格局同样为东部两极型-北方两极型,但华北湿润程度较小,反之亦然;晚全新世EASWJ和EASM强度在温带反相,在副热带同相变化,可导致中国降水出现东部三极型-北方两极型分布格局.该模态在中、晚全新世以百年振荡为主.上述EASWJ-EASM关系影响下的降水格局与降水重建结果较好对应,可为降水重建结果提供相应的动力机制解释.

关键词：全新世高空西风急流东亚夏季风协同变化降水格局

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全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究进展

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地学前缘 2022年第5期29卷 342-354页

作者：孙炜毅刘健严蜜宁亮南京师范大学地理科学学院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江苏南京210023 南京师范大学数学科学学院江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室江苏南京210023 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

气候重建工作的深入开展极大地促进了全新世亚洲季风变化的研究,然而当前重建结果对亚洲季风的演变特征和机理存在很大争议,开展古气候模拟对理解全新世亚洲季风演变的时空特征和成因机制具有重要意义。为此,本文主要从气候模式模拟的... 详细信息

气候重建工作的深入开展极大地促进了全新世亚洲季风变化的研究,然而当前重建结果对亚洲季风的演变特征和机理存在很大争议,开展古气候模拟对理解全新世亚洲季风演变的时空特征和成因机制具有重要意义。为此,本文主要从气候模式模拟的角度回顾全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究工作,并将从外强迫和气候系统内部变率这两个角度对机制进行探讨。主要有以下进展:全新世瞬变模拟试验结果反映早全新世以来亚洲季风降水呈下降趋势,这主要受到地球轨道参数的影响,并通过改变海陆热力差异和半球间温度梯度来影响亚洲季风降水。在百年尺度弱季风事件上,模拟的8.2 ka BP时期的亚洲季风弱事件主要是由冰川融水触发,引起大西洋经向翻转环流AMOC减弱并通过大气遥相关导致季风降水减少;而4.2 ka BP时期模式模拟的亚洲弱季风事件主要是受内部变率所主导而并非外强迫因子影响。亚洲季风百年尺度变化的模拟研究主要集中在过去2 000年时段,中世纪气候异常期季风明显增强,而在小冰期逐渐减弱,太阳辐射和火山活动是影响其变化的主导因子,它们通过影响海陆热力差异、印—太海温变化来影响季风变化。

关键词：亚洲季风全新世古气候模拟百年-千年尺度外强迫因子内部变率

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过去千年东亚与全球百年尺度温度同步性变化的模拟研究

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第四纪研究 2024年第2期44卷 579-592页

作者：刘雅雯严蜜刘健宁亮南京师范大学虚拟地理环境教育部重点试验室/江苏省地理环境演化国家重点试验室培育建设点/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 崂山实验室山东青岛266061 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点试验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023

利用美国国家大气研究中心(NCAR)提供的过去千年(850~2005年)集合模拟试验(CESM-LME)资料,在与重建资料、现代观测/再分析资料进行对比验证的基础上,分析了过去千年不同世纪东亚与全球地表温度变化的同步性,并结合单因子敏感性试验结果... 详细信息

利用美国国家大气研究中心(NCAR)提供的过去千年(850~2005年)集合模拟试验(CESM-LME)资料,在与重建资料、现代观测/再分析资料进行对比验证的基础上,分析了过去千年不同世纪东亚与全球地表温度变化的同步性,并结合单因子敏感性试验结果,分析了造成东亚与全球地表温度各个世纪同步性及变化幅度差异的原因。结果表明:过去千年里,在20世纪以前,东亚地区与全球均经历了中世纪暖期与小冰期,温度变化在百年尺度上整体一致,10世纪、 11世纪、 13世纪、 18世纪和19世纪东亚与全球温度变化同步性较高,差异较小;但在12世纪、 14~17世纪中,其变化振幅存在显著差异,东亚地区温度变化幅度总体上小于全球,太阳辐射和火山活动等自然外强迫及内部变率对差异的形成可能起到了主导作用;而20世纪以来,两者变化显示出较大的不同步性,东亚地区温度增长没有全球温度增长剧烈,甚至出现了降温,人为外强迫在这一时期起主导作用。温室气体浓度变化对温度的影响在两极有明显的放大效应,是东亚与全球温度变化差异形成的主要原因,同时,人为气溶胶排放使得东亚地区温度降低也是东亚与全球温度变化不同步的原因之一。

关键词：温度变化过去千年模拟研究全球东亚地区同步性

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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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过去千年东亚季风环流与内部变率对中国东部年代际降水分型的影响研究

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第四纪研究 2023年第4期43卷 1076-1088页

作者：曹博文严蜜刘征宇刘健宁亮温琴孙炜毅刘雅雯曾程李汉文孔心唯南京师范大学虚拟地理环境教育部重点试验室/江苏省地理环境演化国家重点试验室培育建设点/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 崂山实验室山东青岛266061 俄亥俄州立大学地理系美国江苏省大规模复杂系统数值模拟重点试验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023

利用美国大气研究中心开展的过去千年集合模拟试验数据(CESM-LME),研究了过去千年(851~2005年)年代尺度上中国东部夏季降水空间分布格局与东亚季风环流及海温内部变率的关系。过去千年年代尺度上,中国东部夏季降水主要包括两种模态分别... 详细信息

利用美国大气研究中心开展的过去千年集合模拟试验数据(CESM-LME),研究了过去千年(851~2005年)年代尺度上中国东部夏季降水空间分布格局与东亚季风环流及海温内部变率的关系。过去千年年代尺度上,中国东部夏季降水主要包括两种模态分别是:经向偶极型和经向三极型。研究发现,内部变率是影响年代尺度上中国东部夏季降水分型的主要因素,局地季风环流的强弱对降水模态出现的概率影响较小,即在内部变率的作用下,无论季风环流强年还是弱年,偶极型降水模态出现的概率都大于三极型。与前人发现一致的是,年代际降水模态变化主要由太平洋年代际振荡(PDO)和大西洋多年代际振荡(AMO)位相组合通过遥相关波列影响,当PDO和AMO处于相同位相时,增强了偶极型降水模态;当PDO和AMO处于相反位相时,增强了三极型降水模态。进一步分析发现PDO的变化在偶极型模态的形成中起主要作用,而AMO的变化在三极型模态的形成中起主要作用,即二者对应的“环球遥相关”波列和“丝绸之路遥相关”波列各自在偶极型和三极型模态形成中起着主导作用。

关键词：过去千年降水分型季风环流海温年代际变化

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基于加速鲁棒特征图像匹配的云导风计算方法

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海洋科学 2022年第9期46卷 64-76页

作者：孔德华张东张卓宋志尧南京师范大学海洋科学与工程学院江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 大规模复杂系统数值模拟江苏省重点实验室江苏南京210023

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(r... 详细信息

利用云导风技术结合高分辨率气象卫星遥感数据获取风矢量,在监测台风等极端气象灾害方面具有重要应用。本文提出了一种基于加速鲁棒特征(speeded up robust features,SURF)图像匹配的云导风计算方法,利用SURF算法结合随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),提取并匹配两景连续时序云图的特征点,计算风矢量,并结合当地大气温度廓线指定云高,经质量控制得到云导风矢量。运用该方法模拟了2018年台风“山竹”的云导风矢量,以美国威斯康星大学气象卫星研究合作所(CIMSS)的大气运动矢量资料进行验证,结果表明:(1)风速和风向的相关系数分别为0.78和0.79,均方根误差分别为4.75 m·s^(-1)和37.64°,平均绝对百分比误差分别为33.49%和22.55%,整体具有良好的模拟精度;(2)与CIMSS资料相比,基于特征点匹配的SURF云导风计算方法在反演密集云区的风矢量有明显优势,可有效提高云区内风矢量的数量,扩大风矢量的空间覆盖范围;(3)图像对比度增强处理对特征点的提取和风矢量的空间分布有重要影响,伽马变换因子γ=5时,能较好地平衡台风外围螺旋云带和中心附近云区的风矢量数量,反映台风风场的整体特征。该方法作为基于尺度不变特征变换的云导风计算方法的改进,可为利用卫星遥感影像数据进行云导风计算提供新的思路。

关键词：加速鲁棒特征算法图像匹配云导风风矢量台风

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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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