《基於非平衡態熱力學的氣候模式的構建》是依託揚州大學，由吳永萍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於非平衡態熱力學的氣候模式的構建
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳永萍
- 依託單位：揚州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目基於非平衡態非線性熱力學最新進展，提出研製熱力學導向的氣候模式的新途徑，從理論上探討這類模式的可實現性。所謂熱力學導向氣候模式是指在氣候模式方程組中加進表征熱力學第二定律的熵平衡方程，改寫表征熱力學第一定律的熱平衡方程。鑒於熱力學理論中關於系統記憶性的特點，把系統自憶性原理套用到模式的設計和計算中。作為基礎研究的起步性工作，推導帶記憶的簡單氣候模式的非線性映象計算格式，進行數值計算，對計算結果進行分析，並運用混沌動力學理論和知識，作出合理的氣候物理解釋。設計聯立熵平衡方程的一維熱力學導向氣候模式，從理論推導角度去建立一系列方程，並通過模擬計算和敏感性試驗驗證其可行性。本項目從物理學和計算數學角度對熱力學導向氣候模式進行偏重於原理的研究，為今後研製大型的熱力學導向氣候模式奠定學術基礎。
結題摘要
本項目基於非平衡態非線性熱力學最新進展，提出研製熱力學導向的氣候模式的新途徑，從理論上探討這類模式的可實現性。首先，探索了在氣候建模中運用非衡態熱力學的相關理論和套用前景，對模式計算方案進行了改造，包括計算中所用資料的獲取，初邊值的處理方案；其次，基於簡單氣候熱力學模式，探討了模式的非線性特徵，包括對模式方程求解析解和運用非線性映像對模式進行數值計算，並用混沌動力學的觀點和方法來做分析，推導了帶記憶的簡單氣候模式的非線性映象計算格式，進行數值計算，對計算結果進行分析，並運用混沌動力學理論和知識，作出合理的氣候物理解釋；最後，設計了熵平衡方程的一維熱力學導向氣候模式，從理論推導角度建立了一系列方程，將熵平衡方程運用於天氣尺度的大氣系統，計算了黃河流域及周邊地區大氣系統的熵和熵變的時空分布特徵。另外，在研究中我們發現：對於區域氣候系統，熵平衡方程更多表征系統本身未來發展方向（是影響降水的系統內因）；而系統與外界之間的水汽交換以及系統內部的水汽再循環則是影響區域降水的重要外部因素（我們把區域降水和蒸發看成是區域大氣系統與區域下墊面之間的能水交換）。因此，要建立完整的區域氣候模式，我們增加了對水汽的內外循環及其影響的相關研究。但本項目側重氣候模式對降水的預測能力和技巧，因而也更加關注大氣中的水汽系統熱力學特徵的研究。本項目執行期間，發表學術論文 20 篇，其中被 SCI 收錄 11 篇，一區1篇，二區3篇，三區3篇；合作出版學術專著 1 部。2位成員晉升為副教授，培養2名碩士研究生。本項目理論研究的套用結果表明，在強降水出現之前可能會有熵的低值區出現，系統從收到外強迫作用到氣旋的發生髮展，再到降水的形成，整個過程都是熵平衡的過程。天氣熵的計算為強降水事件前兆信號的研究提供了新思路，也為本研究提出的建立熵平衡方程的一維熱力學導向氣候模式提供了可能。
