LASG国家重点实验室非线性大气动力学研究组简介

非线性大气动力学是大气科学、地球流体力学与非线性科学的交叉学科领域,是数值天气预报、短期气候预测的基础,也是当前国际大气科学迅速发展的前沿领域之一.近5年多来,在国家自然科学基金委员会的"国家杰出青年基金”项目、国家攀登预选项目"气候动力学和气候预测理论的研究”专题项目、国家重点基础研究发展规划项目与"中国科学院知识创新工程重要方向”项目的资助下,在中国科学院大气物理研究所以及大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的支持下,由穆穆研究员领导的非线性大气动力学研究组,发挥交叉学科的优势,在大气运动的非线性稳定性研究及天气与气候的可预报性研究方面,做出了令国内外同行重视的工作.     

"大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室"成果获"计算机世界科学领域最佳荣誉奖:21世纪成就奖"

有世界IT业“奥斯卡”奖之称的“计算机世界荣誉奖”,2003年6月2日在美国首都华盛顿国家建筑博物馆举行盛大颁奖典礼.由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(LASG/IAP)主任、国家杰出青年科学基金获得者和国家自然科学基金“创新研究群体”负责人之一——王斌研究员撰写的大气研究项目荣获2003年“计算机世界科学领域最佳荣誉奖:21世纪成就奖”.这是我国科研机构首次在“计算机世界荣誉奖”的奖项评选中摘得桂冠.     

保形平流方案在海洋环流模式中的应用

通过将两步保形平流方案与二阶中央差物质输运平流方案进行对比，发现对于理想的一维平流方程，两步保形平流方案可以给出更准确的模拟. 进而将此方案引入到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（LASG）发展的海洋环流模式（LICOM）中替代温度和盐度方程中的二阶中央差平流方案，发现在热带中、东太平洋区域，相对于原模式，模拟结果在温度场上有较大的改进，较好地克服了以往存在的赤道太平洋冷舌过强的问题. 对比海表平流项变化和温度变化，运用线性回归分析，证明平流项的变化是改进中、东太平洋的重要原因，也由此表明两步保形平流方案的优点.     

FGCM-1.0耦合模式对热带印度洋偶极子的模拟

分析了由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(LASG)新近发展的耦合气候系统模式(FGCM-1.0)已积分300a的结果中40a模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了热带印度洋海温的气候变率特征,并对气候变率中存在的热带印度洋偶极子(IOD)进行了重点讨论.结果表明:该模式能够模拟出热带印度洋海表温度距平(SS-TA)气候变化的整体一致性和偶极性的特征,可以模拟出IOD出现的不规则年际变化特点;模拟的IOD表现为1至5a周期变化,其中具有统计性检验的周期集中在1至3a之间;模拟的IOD存在季节位相锁定,其主要发生在8至10月份,在10至12月份发展到盛期;该模式较好地模拟出IOD期间热带印度洋东西相反的海面高度距平分布以及表层洋流距平的分布;该模式能够再现IOD期间海表面风应力异常和海-气界面热通量异常的基本分布特征.但FGCM-1.0模式也存在一些不足之处,对热带印度洋SSTA整体一致性变化的模拟偏弱,对SSTA的偶极性变化模拟偏强;模式模拟的IOD的发生和发展要滞后观测约2至3个月.     

涡激振动研究方法的探讨

涡激振动(VIV)的内容是若干学科的综合,结合了流体力学、结构力学、振动、计算流体力学(CFD)、声学、小波变化、复杂的解调分析、统计学和智能材料。结构的涡激振动(VIV)在许多工程领域具有实际意义。涡激振动的研究方法主要有三种:实验研究,数值模拟和半经验公式,这儿我们主要研究涡激振动的实验研究方法和数值模拟。     

动边界条件下平底结构砰击水面的水动力分析

采用VOF和动网格方法,考虑开放或限制水域边界条件的约束因素,利用计算流体动力学(CFD)方法研究平底结构砰击开放或限制水域的水面所引起的三维水动力现象,分析了由数值模拟得到的平底结构动边界条件下的多压力峰值现象及其产生机理.数值模拟与实验室模型试验结果的比较表明,采用所提出的数值方法可以得到符合实际的水动力分析结果,文中方法可有效模拟平底结构砰击压力作用于考虑自由表面效应的开放或限制水域时所激发的水面波动和水下压力场变化.     

冶金流体力学课程教学中实验设计和数值模拟的应用

在冶金过程流体力学课程教学中,连铸过程结晶器内冶金行为是冶金流体力学教学中重点和难点,但课堂讲授过程中学生对这门课程学习存在畏难情绪。为了让同学更好了解连铸过程结晶器内多相传输过程,本研究通过钒钛资源综合利用四川省重点实验室的冶金过程结晶器模拟装置以及先进数值模拟工具来改善课题教学效果,提高学习效率,加深对结晶器内非对称复杂流动过程理解。本研究引入的结晶器内卷渣实验和数值模拟以及软件应用案例,对于以后冶金过程工艺流体实验和仿真教学具有推广价值。     

依据本科评估加强石油高校流体力学实验室建设的探索与实践

流体力学实验是面向全校的专业基础实验,中国石油大学(北京)流体力学实验室承担着全校9个本科专业的实验教学任务,是本科教学的一个重要环节,也是本科评估的重要组成部分。针对新时期高等教育质量保障与本科评估的要求,流体力学实验室结合石油高校特点,从实验教学体系建设,实验教学、实验室开放、设备配置及安全实验环境构建等多个方面进行实践探索,以保障石油人才的培养质量,帮助学生达成学习目标。     

广大学人——陈永亨教授

陈永亨，1954年11月出生，教授，博士生导师，享受国务院颁发的政府特殊津贴。1990年毕业于中国科学院地球化学研究所，获理学博士学位。现任广州大学环境科学研究所所长，中国科学院广州廿乜球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室客座研究员。陈永亨教授1987～1990年期间在德国马普核物理研究所工作和学习，     

吴国雄

<正>中国杰出气象学者大气动力学和气候动力学家,中国科学院院士。男,1943年3月出生于广东潮阳,1966年毕业于南京气象学院,1983年获英国伦敦大学博士学位。1983年应聘在欧洲中期天气预报中心工作,为访问科学家;1989年受聘于美国普林斯顿大学地球流体力学实验室(GFDL),任高级访问研究教授。现任中国科学院大气物理研究所研究员。研究领域一直从事空气动力学、大气环流动力学和气候动力学的研究,继承和发展了我国学者关于青藏     

20世纪数值天气预报主要阶段与关键创新

数值天气预报出现是大气科学发展的一个里程碑,也是近代大气科学成为一门精细和定量化科学的一个标志.对其发展阶段和演进过程进行研究和分析,特别指出了20世纪数值天气预报演进中几次重大的原始创新成就.通过阐述数值预报的演进和历史,说明其他交叉学科成果对数值天气预报发展的推动作用,促使20世纪数值天气预报成为复杂的多学科交融的新学科,并进一步演变成更复杂的气候模式系统,其中基础科学与地球观测系统及高性能计算技术的发展起着关键作用.     

带乘性退化噪声的准地转流方程的遍历

带有界乘性退化噪声的随机准地转流方程是地球物理流体力学和海洋大气科学中的一类重要数学模型.由于有界乘性退化噪声的扰动,使得其所对应的Malliavin协方差算子不可逆,从而导致系统转移概率半群的强Feller性不满足.运用渐近强Feller性来克服退化噪声带来的困难,最终获得系统的遍历性.     

生物防治国家重点实验室

生物防治国家重点实验室自1989年起筹建,1995年通过国家验收,并正式对国内外开放.实验室的依托单位是中山大学,是在中山大学昆虫学研究所原有基础上发展起来的,该所由中国科学院院士,著名昆虫学家蒲蛰龙教授创建.庞义教授(中山大学)为现任实验室主任,苏德明教授(复旦大学)为学术委员会主任.现有固定人员23人,其中教授7人(含博士生导师6人),副教授和高级工程师6人,讲师5人,技术人员5人.此外聘任兼职教授5名(含中国科学院院士1名),外籍教授2名.     

基于CFD的沿程阻力系数的计算

沿程水头损失是长距离输水工程设计中必须计算的重要参数之一,而管道壁面相对粗糙度和流体的雷诺数是影响沿程阻力系数的主要因素。基于计算流体力学(CFD)原理,采用数值模拟方法,计算了沿程阻力系数随壁面粗糙度和雷诺数的变化规律,相比尼古拉兹试验结果,数值模拟所得结果误差较小。     

基于VOF方法和DFBI模型的溃坝水流数值模拟

为了评价在溃坝冲击效应问题中流体体积函数(VOF)方法与流体–刚体相互作用(DFBI)模型结合的适用性,本文开展了挡板溃坝的高速可视化实验.观测了液位变化及挡板摆角变化,结合Overset网格技术,对挡板溃坝问题开展了计算流体力学(CFD)数值模拟.在验证分析中,比较了不同初始液位条件下实验和数值模拟得到的溃坝最高液位...     

2008-2017年国家自然科学基金大气科学领域资助项目综合分析

 基于对2008-2017年国家自然科学基金项目数据的分析,探讨了大气科学领域学科及研究队伍的发展状况。研究发现,大气科学领域虽然在受资助项目数和资助经费总规模方面呈现增长趋势,但在地球科学部的项目竞争中处于劣势,立项占比和经费占比均呈下降趋势;大气科学分支学科发展不平衡,在地区间走出了差异化的发展道路,地区学科优势格局形成;中国科学院、有关高等院校与中国气象局三大系统仍然是10年间基金项目的主要承担单位,高等院校已成长为承担基金项目的第一主体;大气科学研究队伍呈现年轻化趋势,但女性科学家的职业发展仍处于弱势。     

《中国学术期刊文摘》综述文摘选登

微生物降解有机物的碳氢同位素分馏研究进展王万春(中国科学院地质与地球物理研究所气体地球化学重点实验室,兰州730000)微生物降解使有机化合物的稳定碳、氢同位素发生不同程度的分馏的研究在有机污染物来源和微生物环境修复等领域取得     

子午面磁层顶位形结构的MHD模拟研究

本文基于太阳风-磁层-电离层耦合的全球磁流体力学(MHD)数值模拟,研究几种典型的太阳风动压和行星际磁场条件下,地球子午面上方磁层顶的位置和形状特征,以及磁层顶位形参数日下点距离和磁层顶张角随行星际条件的变化规律。模拟结果表明:正午午夜子午面磁层顶位形具有内凹结构,当行星际磁场为南向时,随磁场强度增强,日下点距离减小;行星际磁场为北向时,随磁场强度增强,日下点距离增大。动压增大,日下点距离减小。南向磁场强度增强,磁层顶张角变大。这些模拟结果与基于卫星数据的高纬经验模型(B00)以及(Schield)模型的经验结论相吻合,说明MHD模拟是研究磁层顶位形的有效工具。特别是在高纬穿越数据的获得受限时,基于对磁层顶位形的物理理论研究构建的数值模拟数据是解决这一问题的有效途径。     

地铁火灾的盐水实验与计算机数值模拟

为了认识地铁火灾烟气的流动规律，达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的，采用缩尺盐水实验与计算机计算流体力学数值模拟相结合的方法对地铁火灾进行研究．研究受限空间火灾烟气运动的手段主要有全尺寸火灾实验、小尺寸模拟实验和计算机数值模拟3种．实验模拟了列车着火和站台着火2种情况，得到了地铁火灾的烟气流动规律，比较并分析了计算流体力学数值模拟与盐水实验得出的烟层无量纲高度和无量纲时间．计算流体力学数值模拟与盐水实验得到的烟气到达楼梯口所需时间相差为1．5—2s，到达远侧楼梯口所需时间相差7．2s．二者之间存在着一定的误差，但误差不大．同一时刻，数值模拟比盐水实验得到的无量纲烟层高度高0．1左右，变化趋势一致．结果表明，实验条件选取合理，方程模型选用和边界条件设置恰当，盐水实验与计算流体力学数值方法模拟地铁火灾均是可行的．     

应用离散单元法对二维流化床内流态进行数值模拟研究

采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日数值模拟方法,将广泛应用于岩土力学中的离散单元法DEM (Distinct Element Method)引入流体力学中以计算颗粒与颗粒之间的作用力,同时考虑颗粒与流体间的相互作用(双向耦合),对二维流化床进行数值模拟,结果与实验观察到的现象基本一致,预示着离散单元法在密相气固两相流数值模拟研究中具有广阔的前景.