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力学进展 2011年第4期41卷 447-461页

作者：刘凯欣王景焘王刚陈千一付峥吴士玉北京大学工学院力学与空天技术系湍流与复杂系统研究国家重点实验室北京100871 北京大学高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 中国科学院力学研究所北京100190

时-空守恒元解元方法是近年来兴起的一种全新的高分辨率守恒型方程计算方法.它具有物理概念清晰、计算精度高和格式构造简单等优点,是一种具有广阔发展前景的计算方法.本文详细地介绍了CE/SE方法的基本原理、发展历史、应用情况和最新进... 详细信息

时-空守恒元解元方法是近年来兴起的一种全新的高分辨率守恒型方程计算方法.它具有物理概念清晰、计算精度高和格式构造简单等优点,是一种具有广阔发展前景的计算方法.本文详细地介绍了CE/SE方法的基本原理、发展历史、应用情况和最新进展,并指出了当前研究的不足和发展方向.

关键词： CE/SE方法守恒律方程组冲击动力学等位集方法

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过去2000年亚洲夏季风降水百年尺度变化及其区域差异的模拟分析

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第四纪研究 2016年第3期36卷 732-746页

作者：韩春凤刘健王志远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南京师范大学地理科学学院南京210023 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南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

摘要利用通用地球系统模式（CESM，1．0．3版本）进行的多个过去2000年瞬变积分试验模拟结果，初步探讨了亚洲夏季风及其子系统（东亚夏季风、印度夏季风和西北太平洋夏季风）降水百年尺度时卒变化特征与成因。研究表明：1）亚洲季风区... 详细信息

摘要利用通用地球系统模式（CESM，1．0．3版本）进行的多个过去2000年瞬变积分试验模拟结果，初步探讨了亚洲夏季风及其子系统（东亚夏季风、印度夏季风和西北太平洋夏季风）降水百年尺度时卒变化特征与成因。研究表明：1）亚洲季风区及其子区降水与温度的时间变化均基本同位相。亚洲夏季风降水存在准100年、准150年和准200年周期，东亚夏季风降水存在准200年和准100年周期，印度和西北太平洋夏季风降水均存在准100年的显著周期；太阳辐射是影响各区域夏季风降水百年际周期的主要因素，东亚和亚洲夏季风降水百年际周期还与火山活动有关。2）亚洲夏季风降水标准化EOF第一模态的空间分布型为100。E以东由北向南早“正-负-正-负”的条带状分布和在100°E以西的印度季风区呈西南一东北向的“正-负-正”分布，该分布型主要受太阳辐射的影响；EOF第二模态呈现阿拉伯海东部、印度半岛南端和华北平原及其以东同纬地区与其他地方反相的分布型态，该分布型主要受温窀气体和气候系统内部变率的共同影响；分析表明多因子问的非线性相瓦作用会放大对气候系统内部变率的影响。3）亚洲夏季风3个子系统降水百年尺度第一模态空间分布与亚洲夏季风降水第一模态中对应区域的分布型态相似；东亚夏季风降水主模态主要受太阳辐射和温室气体的共同影响，印度夏季风降水主模态与太阳辐射有关，西北太平洋夏季风降水主模态受除火山活动外的多因子共同影响。

关键词：过去2000年气候模拟亚洲夏季风百年尺度归因分析

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全新世北半球中纬度降水变化对不同外强迫响应的模拟研究

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第四纪研究 2020年第6期40卷 1588-1596页

作者：孙炜毅刘健万凌峰宁亮严蜜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

北半球中纬度(30°~50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的TraCE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势... 详细信息

北半球中纬度(30°~50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的TraCE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势及其对外强迫的响应。结果表明:全新世以来重建的中纬度降水呈增加趋势,在距今10~7 ka,TraCE-21 ka全强迫试验模拟出了这一趋势,主要受陆地冰盖衰退、淡水注入和轨道参数(ORB)的共同影响。在7~0 ka,NNU-12k的ORB试验与重建的降水增加趋势一致,但主要集中在海洋地区。两个模式均模拟出了欧亚大陆中纬度地区比北美大陆干燥的趋势特点,并发现是ORB的作用引起的;而温室气体(GHGs)主要对欧亚大陆降水增强有所贡献,但不能抵消ORB的负贡献。然而,模拟的中纬度降水对全新世以来ORB、GHGs的响应存在模式依赖性,这是今后重建-模拟资料对比时需要考虑的重要因素。

关键词：全新世中纬度降水重建-模拟资料对比轨道参数温室气体

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全新世北半球典型冷事件的模拟研究

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第四纪研究 2019年第4期39卷 1055-1067页

作者：邱雅惠刘健刘斌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 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

全新世冷事件期间的气候格局及其成因是过去气候变化研究的热点问题.利用基于通用气候系统模式开展的TraCE-21ka气候模拟试验资料,在定义和提取典型冷事件的基础上,分析了全强迫试验模拟的全新世北半球多次冷事件的规模及冷事件发生时... 详细信息

全新世冷事件期间的气候格局及其成因是过去气候变化研究的热点问题.利用基于通用气候系统模式开展的TraCE-21ka气候模拟试验资料,在定义和提取典型冷事件的基础上,分析了全强迫试验模拟的全新世北半球多次冷事件的规模及冷事件发生时温度与降水的空间特征,并结合全强迫试验中使用的4个外强迫序列(淡水注入、轨道强迫、大气温室气体、大陆冰盖)及其对应的单因子敏感性试验,初步探讨了部分典型冷事件的成因.结果表明: TraCE-21ka模拟的冷事件年份与重建/集成序列的冷事件年份对应较好,模式较好地模拟出了全新世北半球的冷事件;全新世期间,北半球共发生了 10 次典型冷事件( 9. 7 ka B. P.、 8. 3 ka B. P.、 7. 3 ka B. P.、6. 2 ka B. P.、 5. 2 ka B. P.、 4. 2 ka B. P.、 3. 4 ka B. P.、 2. 1 ka B. P.、 1. 0 ka B. P.和 0. 2 ka B. P.);每次冷事件发生时,北半球大范围降温和变干,温度变化呈现明显的纬度地带性差异,中高纬地区降温最显著,低纬10°N附近降水减少最显著;在 8. 3 ka B. P.、 7. 3 ka B. P.、 6. 2 ka B. P.、 5. 2 ka B. P.、 4. 2 ka B. P.、 3. 4 ka B. P.、 2. 1 ka B. P.和1. 0 ka B. P.共8次冷事件中,北半球温度和降水的空间变化较为相似,北大西洋经圈翻转流( Atlantic Meridional Overturning Circulation,简称 AMOC)变弱导致了冷事件,格陵兰岛南部的北大西洋海域降温和变干尤为显著;9. 7 ka B. P.和3. 4 ka B. P.的冷事件可能与轨道强迫有关,淡水注入造成了8. 3 ka B. P.和7. 3 ka B. P.的冷事件, 0. 2 ka B. P.冷事件可能与大气温室气体波动有关.地球系统内部变率对于冷事件的发生可能也有一定影响.

关键词：全新世冷事件气候模拟温度成因

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东亚冬季风百年尺度变化特征及成因的模拟研究

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第四纪研究 2016年第3期36卷 722-731页

作者：孙炜毅刘健王志远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南京师范大学地理科学学院南京210023 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南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

利用美国国家大气研究中心地球系统模式（CESM）的过去2000年气候模拟试验结果，探讨了百年尺度东亚冬季风变化特征及成因。结果表明：百年尺度上东亚冬季温度经验正交函数分解的第一模态（EOF1）为全区一致变化，物理意义为东亚区域平... 详细信息

利用美国国家大气研究中心地球系统模式（CESM）的过去2000年气候模拟试验结果，探讨了百年尺度东亚冬季风变化特征及成因。结果表明：百年尺度上东亚冬季温度经验正交函数分解的第一模态（EOF1）为全区一致变化，物理意义为东亚区域平均地表温度，全区一致变冷时的环流特点为贝加尔湖以北海平面气压升高，北太平洋低压加强以及东亚大槽加深，主要受太阳辐射的影响；第二模态（EOF2）为南北反相变化，物理意义是东亚南北区域温度反相变化，主要受温室气体、土地利用／覆盖和火山活动的共同影响。百年尺度上冬季海温EOF前两模态分别对东亚温度EOF前两模态有显著影响，海温EOF1主要受太阳辐射影响，EOF2主要受火山活动影响。

关键词：过去2000年气候模拟东亚冬季风百年尺度

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全新世两次典型突变事件下北半球季风降水的变化对比

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第四纪研究 2019年第6期39卷 1372-1383页

作者：何鹏刘健刘斌宁亮严蜜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

利用通用气候系统模式(Community Climate System Model version 3,简称CCSM3)模拟的TraCE-21ka全新世以来的试验数据,分析了全新世两次突变事件(8.2 ka B.P.和4.2 ka B.P.)前后(分别为9200~8800 a B.P.、8800~8000 a B.P.和4800~4500 a B.P.、4500~4000 a B.P.)北半球夏季(6~8月)气温和季风降水的时空变化特征,并通过对比4个单因子(地球轨道参数、温室气体浓度、大陆冰盖和淡水注入)敏感性试验结果来分析北半球季风降水变化的成因。结果表明:1)两次典型突变事件前后欧亚大陆中高纬大范围的地表气温均明显下降,但是8.2 ka B.P.事件的降温程度大于4.2 ka B.P.事件,此外,在8.2 ka B.P.事件下北美中部有明显的增温,而在4.2 ka B.P.事件下该地区为降温;2)两次典型突变事件前后的北半球季风降水变化的空间分布类似,主要表现为北美季风区、北非季风区西部和印度季风降水一致减少,而东亚季风降水呈现"南涝北旱"的分布型;3)两次典型突变事件前后环流场变化的空间型相似,但是4.2 ka B.P.事件的环流强度变化明显弱于8.2 ka B.P.事件;4)8.2 ka B.P.事件下北半球季风降水变化主要是淡水注入所导致,而4.2 ka B.P.事件主要由于地球轨道参数和气候系统内部变率的共同影响。

关键词：全新世突变事件北半球季风降水

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全新世暖期鼎盛期与未来变暖情景下东亚夏季降水和气温变化对比

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第四纪研究 2019年第3期39卷 731-741页

作者：赵亮刘健刘斌严蜜宁亮靳春寒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

利用通用气候系统模式(Community Climate System Model,简称CCSM)全新世和21世纪气候模拟试验数据,对比分析了全新世暖期鼎盛期和RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5,简称RCP4.5)未来变暖情景下东亚地区夏季地表气温和... 详细信息

利用通用气候系统模式(Community Climate System Model,简称CCSM)全新世和21世纪气候模拟试验数据,对比分析了全新世暖期鼎盛期和RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5,简称RCP4.5)未来变暖情景下东亚地区夏季地表气温和降水的空间分布特征,并探讨了两个暖期夏季气候变化的成因机制。结果表明:1)全新世东亚地区最暖的夏季出现在9 ka B.P.前后,这与地球轨道参数有关;2)RCP4.5温室气体排放情景下21世纪整个东亚地区的夏季平均地表气温均呈上升趋势,而在全新世暖期鼎盛期东亚地区的夏季地表气温呈现同心圆状分布;3)全新世暖期鼎盛期和未来变暖情景下东亚地区夏季降水的空间分布有明显差异,前者东亚地区的夏季降水呈现"南负北正"的偶极子分布形态,而后者呈三极子形势;前者东亚夏季降水的变化幅度明显强于后者;4)全新世暖期鼎盛期副高偏强,中国东部偏南气流较强;而在RCP4.5未来变暖情景下副高偏弱。

关键词：全新世暖期鼎盛期东亚气温降水典型浓度路径

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防波堤平面布置对建设用海区波浪场影响的数值模拟

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水运工程 2019年第6期 15-20,45页

作者：勾贺李瑞杰董啸天李玉婷河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学环境海洋实验室江苏南京210098 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 南京师范大学大规模复杂系统数值模拟江苏省重点实验室江苏南京210023 南京师范大学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

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于... 详细信息

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于防波堤基本布置方案1,改变防波堤的长度和轴线角度,根据不同平面布置下的防波堤对波浪的掩护效果进行比较分析。结果表明,综合考虑防波堤附近波浪场的变化特征、防波堤特征站位波要素的变化及防波堤的有效掩护面积3个方面,将防波堤轴线以两段堤相交处为圆心逆时针旋转8°,并将直堤向东侧延长100m,即方案2为优选方案。

关键词：波作用守恒方程 Boussinesq方程防波堤平面布置波浪场掩护面积

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过去2000年亚澳夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

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气象学报 2020年第1期78卷 60-71页

作者：井云清刘健万凌峰张宏栎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南京210023 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室青岛266237

利用地球系统模式(CESM)开展过去2000年气候模拟试验,在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上,探讨百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时、空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动... 详细信息

利用地球系统模式(CESM)开展过去2000年气候模拟试验,在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上,探讨百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时、空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动对亚澳夏季风的影响具有重要意义.结果表明:过去2000年亚澳夏季风降水和温度的波动较为一致,暖期降水多,冷期降水少.两者相关系数为0.83,达到99%置信度.此外,亚澳夏季风降水存在105、130、180 a的百年尺度周期.亚澳夏季风降水经验正交函数分解第一模态在印度洋北部呈南北反向的分布型态,在东亚地区呈负、正、负的分布型态;第二模态在印度洋北部呈正、负、正的分布型态,在东亚地区呈全区一致型的分布型态.经验正交函数分解第一特征向量和第二特征向量的正、负值中心大多出现在印度洋北部地区,南北呈不对称分布.亚澳夏季风降水的105a周期主要受火山活动和土地利用/覆盖的影响,130a周期主要受太阳辐射、气候系统内部变率的影响,180 a周期主要受火山活动的影响.从经验正交函数分解第一特征向量来看,整个亚澳夏季风降水主要受土地利用/覆盖、太阳辐射的影响;第二特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受太阳辐射和气候系统内部变率的影响;第三特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受气候系统内部变率和温室气体的影响.该研究对揭示百年际时间尺度气候变化特征、辨识影响气候变化的自然因素与人为因素、理解其影响气候的物理机制等具有重要意义,也为应对该区域气候变化提供了参考依据.

关键词：亚澳夏季风百年尺度过去2000年降水气候模拟

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江苏海域“达维”台风风暴潮数值模拟试验研究

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水运工程 2017年第3期 22-27,64页

作者：刘文坚李瑞杰林祥董啸天李玉婷河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学环境海洋实验室江苏南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室南京师范大学大规模复杂系统数值模拟江苏省重点实验室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

为提高风暴潮的模拟精度,将台风风场模型与NCDC背景风场进行叠加,考虑天文潮对风暴潮的影响,应用二维水动力模型MIKE21模拟了1210号台风"达维"(Damrey)期间江苏海域的风暴潮增水。比较不同气压场公式及不同最大风速半径公式... 详细信息

为提高风暴潮的模拟精度,将台风风场模型与NCDC背景风场进行叠加,考虑天文潮对风暴潮的影响,应用二维水动力模型MIKE21模拟了1210号台风"达维"(Damrey)期间江苏海域的风暴潮增水。比较不同气压场公式及不同最大风速半径公式构造出的风场模型对模拟结果的影响,选取最优组合分析台风对江苏海域流场的影响。结果表明,模型能较好地模拟台风期间的风暴潮增水,利用Holland气压场公式与江志辉最大风速半径公式模拟风场的计算结果更符合实测值。

关键词：风暴潮气压场风场流场

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