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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

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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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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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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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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过去2000年重大火山喷发对全球和中国气候的影响

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 64-82页

作者：孙炜毅陈德亮闾国年宁亮高超超张人禾王斌刘健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 Regional Climate Group Department of Earth SciencesUniversity of GothenburgGothenburg 40530Sweden 浙江大学环境与资源学院杭州310058 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438 Department of Atmospheric Sciences and Atmosphere-Ocean Research Center University of Hawaii at ManoaHonoluluHI 96825USA 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试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室青岛266237

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的... 详细信息

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的史实、对气候的影响和机制以及未来的研究方向.主要结论是:过去2000年MVEs密集时期发生在公元530~700、1200~1460和1600~1840年.对温度影响上, MVEs会引起年际-年代际尺度全球和中国的显著降温,但模拟的年际尺度降温幅度明显大于重建结果.对降水影响上,热带MVEs会导致全球季风降水显著减少;在中国区域,长江流域的降水有所增加,但在华北、东北以及青藏高原南部区域,不同数据所反映的结果存在较大差异.频繁的强火山爆发、火山叠加太阳活动极小期、气候系统内部变率叠加火山的作用都可能引起北半球季风区和中国东部的年代际干旱事件.在机制上, MVEs既通过直接辐射效应影响气候,也通过调制气候系统内部变率来间接影响气候,如火山喷发会影响厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和大西洋多年代际振荡(AMO)的变化.然而, MVEs调制ENSO和AMO等气候系统内部变率模态的相位、振幅、周期和机理尚存在争议,这会加大重建-模拟之间的差异.此外,其他的气候系统内部变率、火山强迫重建的不确定性、气候模式的不确定性以及气候背景等也可能导致重建–模拟结果的分歧.

关键词：重大火山喷发气候变率影响机理过去2000年气候系统内部变率

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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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一类半线性波动方程的适定性

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数学物理学报（A辑） 2020年第6期40卷 1568-1589页

作者：肖常旺郭飞南京师范大学数学科学学院南京210023 江苏省"大规模复杂系统数值模拟"重点实验室南京210023

该文研究了一类带有效时变阻尼与变质量项的半线性波动方程弱解的整体存在性和有限时刻爆破现象.当非线性项指数p>pF(N)=1+2/N时,证明了在指数加权能量空间中,此问题的小初值的解整体存在;而当1<p≤pp(α,n)=1+2(1+α)/N(1+α)-2... 详细信息

该文研究了一类带有效时变阻尼与变质量项的半线性波动方程弱解的整体存在性和有限时刻爆破现象.当非线性项指数p>pF(N)=1+2/N时,证明了在指数加权能量空间中,此问题的小初值的解整体存在;而当1

关键词：半线性波动方程整体解爆破 Fujita指数

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过去2000年北半球不同纬度温度对火山活动的响应

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科学通报 2021年第24期66卷 3194-3204页

作者：孙炜毅刘健高超超陈敏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-气候-同位素模拟开放工作室青岛266237 浙江大学环境与资源学院杭州310058 江苏省测绘工程院南京210013

火山活动是影响气候变率的重要外强迫因子,研究火山喷发对气候的影响有助于提高对温度变化的提前预警,也对未来地球工程计划具有指示意义.然而,目前仍不清楚不同纬度的火山喷发影响北半球不同纬度温度变化的特征、敏感性和影响机理.本... 详细信息

火山活动是影响气候变率的重要外强迫因子,研究火山喷发对气候的影响有助于提高对温度变化的提前预警,也对未来地球工程计划具有指示意义.然而,目前仍不清楚不同纬度的火山喷发影响北半球不同纬度温度变化的特征、敏感性和影响机理.本研究基于通用地球系统模式完成了涵盖过去2000年的火山活动敏感性试验,并挑选出大于5 Tg的21个北半球火山(NHV)、31个热带火山(TRV)和18个南半球火山(SHV)喷发事件,分别探究了这三类火山喷发对北半球低、中和高纬度温度变化的影响.研究发现:TRV的总喷发强度是NHV和SHV的1.9和3.3倍,喷发后对各纬度的降温影响最强.然而,换算为相同喷发强度下,在火山喷发后第1~24月, TRV和NHV对北半球低纬度降温效率相近(约-1℃/100 Tg),而SHV贡献相对较弱;NHV对北半球中、高纬度降温效率最强(-1.9和-2.3℃/100 Tg),约是TRV的2倍,而SHV则没有显著影响.具体的影响机理是:不同纬度的火山喷发均通过阻挡大气顶层短波辐射的直接作用造成北半球低、中纬度的降温.在高纬度地区, NHV和TRV在第1~24月通过减弱短波辐射造成地表降温,引起海冰扩张,从而触发海冰-反照率正反馈机制加强夏、秋季降温;而在第25~48月火山气溶胶大量衰退,高纬度降温则来自于中高纬度海洋向北热输送的减少这一间接作用使海冰-反照率机制得以维持的影响,且海洋向北热输送的减弱对NHV更为敏感,约为TRV的2倍.

关键词：火山活动地球系统模式温度变化敏感性影响机理

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NBO电荷计算对电中性原理的检验

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无机化学学报 2020年第11期36卷 2157-2168页

作者：徐嘉伟邓力克张浩哲张焕禹罗羽晨颜馨雅包建春方敏吴勇南京师范大学化学与材料科学学院江苏省生物功能材料协同创新中心江苏省新型动力电池重点实验室南京210023 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 南京大学配位化学国家重点实验室南京210023

我们在B3LYP/6⁃31++G(d,p)计算级别下计算了[M(H2O)6]3+(M=Sc^Co)、[Co􀃮L6](L=F-、H2O、NH3、CN-),以及基于α⁃Al2O3晶体结构搭建的铝氧簇Al3O(OH)7(H2O)5(Al3)和Al6O6(OH)6(H2O)5(Al6)的NBO电荷。除[Co(NH3)6]3+外,其它化合物均不符合经典教科书中的电中性原理,具有超出-1^+1范围的电荷。此外,我们发现中心原子的电荷受到配位原子种类的极大影响,而这一规律未在电中性原理的表述中。计算结果表明,从[CoF6]3-到[Co(CN)6]3-,中心离子上所带电荷量从+1.639变化至-1.360,且中心离子上所带电荷随其离子势的增大而降低。另外基于对铝氧簇的计算,我们预测α⁃Al2O3中的Al原子所带电荷应为2.1±0.1。

关键词：电中性原理理论与计算化学 NBO电荷密度泛函理论

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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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