气候系统预测:基础创新和集成应用

随着全球变暖,极端天气气候事件增强,天气气候灾害造成的损失也愈发严重。当前气候预测的准确性远远不能满足社会需要,气候系统预测理论和方法面临着众多挑战性问题。为提档气候预测科学水平和准确率,由南京信息工程大学和中山大学承担的“气候系统预测研究中心”获得国家自然科学基金基础科学中心项目支持(2021年1月—2025年12月)。在该项目执行的前三年,项目团队开展了大量深入系统的研究,并取得了若干重要进展:1)揭示了气候系统的若干关键变化、驱动力和机制;2)剖析了海-陆-冰-气相互作用对我国重大极端气候事件的影响;3)在气候系统数值模式研发和预测系统集成方面取得重要进展;4)发展了延伸期-S2S-年代际的气候系统预测理论和方法。本文对这些进展作了扼要介绍,并针对气候与环境变化归因、古今气候环境研究融合、跨时空气候系统变异和极端气候、人工智能与气候科学、年代际预测和风险应对体系等关键科学问题做了展望。     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

水下航行体双空泡相互作用数值模拟研究

高速水下航行体头肩部和表面突起等位置很容易产生空泡,不失一般性,将表面突起结构简化为一定高度的台阶.针对简化的航行体模型,基于数值模拟方法研究了头肩部空泡与台阶处空泡、头肩部空泡与尾空泡2种类型的双空泡相互作用问题.不同的来流攻角下,头肩部空泡与台阶处空泡的作用过程存在区别,可以分为大攻角和小攻角2种类型.当尾空泡内有...     

城市与区域相互作用机制研究

21世纪是城市化的世纪,城市区域化和区域城市化是城市化发展的必然结果,而城市与区域的相互作用是促进城市区域化和区域城市化的直接动力。在"五个统筹"中,统筹城乡和区域发展占有十分重要的地位。预示着统筹区域和城市协调发展将成为未来中国社会经济发展与改革的一项核心要求。探讨城市与区域相互作用机制是解决城市与区域问题,促进城市和区域发展,提高城市与区域总体竞争力亟待解决的重要的理论和实践课题。通过各种作用机制对城市与区域相互作用影响的研究,来促进城市与区域的良性互动,进而为解决城市问题和区域问题以及提高城市与区域整体实力提供科学参考。     

风水复合侵蚀研究述评

风水复合侵蚀或风水交互作用是干旱、半干旱地区常见的侵蚀过程。这种风力与流水对同一侵蚀对象 (区域) 的共同作用或交替作用塑造了风蚀水蚀交错区特有的侵蚀地貌景观。作为一个相互联系、影响的复杂系统,风水复合侵蚀具有明显的时空分布特征,其侵蚀过程可以划分为古代过程与现代过程。由于以往的风蚀和水蚀研究相互独立,风水复合侵蚀的研究起步较晚。在研究中存在着尺度转化与研究方法不成熟等问题。对风水复合侵蚀的机理与防治以及土壤复合可蚀性的研究都将成为今后研究中的重点与难点。     

用卫星热红外信息研究关联断层活动的时空变化--以南北地震构造带为例

断层活动不是孤立的,一条断层的活动可能影响其他断层,并引起这些断层的活动,这些相互作用的断层称为关联断层.本文利用卫星热红外信息以南北地震构造带为例,分析了关联断层活动的时空变化,所使用的信息是经过处理的地表亮温残差低频分量TLOW.结果表明,在一定时段内研究区一些断层间除地震活动表现出相互呼应关系外,其地表亮温残差低频分量TLOW曲线相似,相关系数高,说明热红外信息与地震信息共同反映一个地区断层的关联活动.此外,也存在单独由地表亮温残差低频分量TLOW相关表现断层关联活动的情形,即断层间无地震活动的呼应关系,但也存在TLOW曲线的相关性,同样显示关联断层的相互作用.对TLOW的时空过程分析表明,关联活动组合可随时间发生变化.例如,1988～1994年间红河断裂与澜沧-耿马断裂、金沙江断裂等构成关联活动组合,1994～1998年又与小金河断裂、安宁河-小江断裂构成关联活动组合,这样的时空变化过程可能是地壳应力场重新分配的反映.本文的研究结果证明,卫星热红外信息有望成为研究断层相互作用的一个新的独立物理量,并将对地震动力学和构造物理学的发展有重要意义.     

考虑土-结构相互作用和岩土参数不确定性的核电厂结构地震响应分析

针对核电厂结构,在考虑土-结构相互作用(SSI)的情况下进行随机地震反应分析,探讨地基岩土参数的不确定性对反应堆厂房楼层反应谱(FRS)的影响。运用ANSYS软件模块建立核电厂(NPP)结构有限元模型,通过设置边界弹簧单元和阻尼装置来考虑SSI效应;并且通过设置具有概率意义的弹簧刚度和阻尼系数,来模拟土特性参数的不确定性。随机响应分析与确定性分析的结果对比,揭示了岩性地基条件下SSI效应对核电厂FRS的影响以及地基岩土参数不确定性对FRS的影响程度。研究表明,在岩性地基条件下,亦不应忽略SSI效应;考虑SSI效应的随机分析模型同确定性模型相比,二者的分析结果较为接近,两方法都可用于NPP的FRS敏感性分析评估之中,并可进行相互比照。     

考虑土-结构相互作用双层柱面网壳在多点输入下的地震反应分析

目前对于网壳结构的地震反应研究大部分仍然采用一致输入,特别是没有考虑土-结构相互作用对网壳结构的影响。本文通过对大型有限元分析软件MSC.Nastran的二次开发,用等效线性化方法考虑土体的非线性,对土体采用三维实体单元建模,并对土体在基岩面上采用地震动的多点输入,计算分析了大跨度双层柱面网壳的动力反应,并且与一致地震动输入下网壳结构的地震反应进行了对比,考察了两者之间的差异,深入分析了考虑土-结构相互作用下,双层柱面网壳结构在多点输入和一致输入下的地震反应规律,并得出了一些重要结论。     

土-结构相互作用地震反应分析软件及其二次开发

本文简要介绍了目前在土-结构相互作用分析中常用的有限元软件ANSYS7.0、FLAC和MSC.M arc,通过比较评价其各自优缺点和适用性后,根据高层建筑结构土-结构相互作用地震反应分析的特点,建议利用带有灵活接口的大型非线性有限元分析软件MSC.M arc作为其分析工具,并尝试对MSC.M arc进行二次开发,将多层土E-B本构关系模型作为子程序加入其中。     

立式储罐与地基相互作用动力特性分析

立式储罐结构在工程实际中得到广泛的应用。本文以某大型立式储罐结构为例,考虑到液体、结构、地基的相互作用与影响,同时考虑地基与结构及液体与结构的耦合问题,采用有限元方法对浮放在地基上的储罐结构进行了自振特性计算。分别计算了满罐和空罐时系统的频率以及所对应的振型图,并研究了储罐的材料参数和地基刚度对动力特性的影响。结果表明:材料参数的影响较小,地基刚度的影响较大,对盛满液体与空罐的影响不同。