新进展！南信大近期科研成果速览（1）

往期精彩

在学校各部门、学院，广大教师的共同努力下，2023年我校科研成果产出持续取得良好成效，以下选登1-3月部分科研成果与大家分享。

01遥感与测绘工程学院王国杰团队的最新成果在npj Climate and Atmospheric Science期刊发表
02地理科学学院城市与区域可持续发展研究团队的最新成果在Resources Conservation and Recycling期刊发表
03海洋科学学院董昌明团队的最新成果在Journal of Geophysical Research: Oceans期刊发表04大气科学学院赵久伟团队的最新成果在npj Climate and Atmospheric Science期刊发表
05应用气象学院章炎麟团队的最新成果在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊发表
06水文与水资源工程学院唐悦宁的最新成果在Journal of Hydrology期刊发表

遥感与测绘工程学院王国杰团队的最新成果在npj Climate and Atmospheric Science期刊发表

近日，遥感与测绘工程学院王国杰教授团队在东亚季风（EAM）降水变化研究领域取得新进展，论文发表于npj Climate and Atmospheric Science，题目为“Soil moisture-constrained East Asian Monsoon meridional patterns over China from observations”。

EAM降水引发的极端事件（如旱涝、热浪等）会对区域经济及国内生产总值产生严重影响。土壤湿度具有持续数日至几个月的记忆性，有助于提高对EAM的预测能力。本研究使用长序列卫星遥感土壤湿度与降水观测数据，采用耦合流形方法及区域气候模式，研究中国东部地区土壤湿度异常对EAM降水年际变化影响及其可能机制。

研究发现，我国东部季风降水呈现出经向振荡，且与中国土壤湿度经向差异显著相关（p<5%）；在部分地区，后者对夏季降水年际变化的方差贡献率约为20~30%。当北方土壤异常湿润而南方土壤异常干燥时，地方地区夏季降水增多而南方地区夏季降水减少，反之亦然。数值模拟研究表明，“北湿南干”导致北方地区（南方地区）地表感热通量减弱（增强），潜热通量增强（减弱）。地表热通量变化继而影响边界层及大气经向热力作用，使得副热带西风及中纬度西北风在北方地区上升，副热带太平洋纬向东风在南方地区下沉，导致北方地区降水增加，南方地区降水减少。因此，华东地区夏季土壤湿度经向差异对理解EAM降水年际变化具有重要的参考价值。

图1 夏季土壤湿度驱动的EAM降水变化.（ a）夏季土壤湿度对EAM降水的年际变化的方差贡献占比；（b）由土壤湿度驱动的降水第一主成分空间型；（c）土壤湿度经向差异指数（SMI）与PC1在1981-2018年的时间变化，相关系数为-0.62。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41612-023-00331-4

地理科学学院城市与区域可持续发展研究团队的最新成果在Resources Conservation and Recycling期刊发表

近日，地理科学学院城市与区域可持续发展研究团队在国际期刊Resources Conservation and Recycling发表了题为“Mapping the evolution of building material stocks in three eastern coastal urban agglomerations of China”的研究论文，提出一种核算城市群建筑物质存量及时空变化的新方法，研究了2000-2020年中国东部沿海三大城市群建筑物存量的时空分布和发展模式，为未来城市更新和资源可持续管理提供了前瞻性方向。

建筑物质存量表征着建筑资源在社会系统中的积累量，是 “城市矿产”资源的重要组成部分。研究城市建筑物质存量规模和时空分布特征，具有显著的环境和经济效益。本研究采用分水岭算法来确定人类活动的局部中心，将建成区划分成若干个元胞单元（图1）。在建成区元胞单元尺度建立了基于夜间灯光的建筑物容估算模型，并结合建筑结构和物质使用强度系数，建立了中国东部沿海城市群元胞尺度的建筑物质存量时空分布数据集（图2）。通过分析城市群建筑物质存量的时空演变特征，抽提出三大城市群的不同发展模式（图3），即全局一体化发展模式（长三角）、局部一体化发展模式（粤港澳大湾区）、初级一体化发展模式（京津冀）。

该项研究由地理科学学院陈爽教授、梁涵玮副教授、硕士研究生卞鑫和本科生沈文睿共同完成。

图1 建成区元胞划分

图2 中国东部沿海城市群建筑物质存量的时空分布

图3 东部沿海三大城市群的一体化发展模式

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2022.106651

海洋科学学院董昌明团队的最新成果在Journal of Geophysical Research: Oceans期刊发表

海洋流动对海洋物质、能量、热量和淡水等的输运起着至关重要的作用，对海洋生态环境和气候变化有着重要的影响，因此，海洋流动的量化一直是海洋观测和研究的核心问题之一。

目前广泛使用的海面流场信息，是来自于利用地转平衡假设、从卫星高度计的海面高度资料中获取海面地转流场的数据。经典的地转平衡假设是基于地球旋转诱导的科氏力和压强梯度力之间的平衡，忽略了流动的曲率影响。然而海洋充满了中小尺度涡旋和流线弯曲的现象，考虑曲率的影响将会从高度计资料中获取额外的流动信息。

海洋科学学院的董昌明教授团队经过两年多的努力，完成了从卫星高度计资料获取全球海洋表面流场的修正工作。研究发现，流场修正强烈依赖于流动曲率的大小和流动方向，修正的量级表现在海洋表层涡动能和涡拟能（最大空间差异约为15%）和应变率（最大空间差约为10%）。同时文章指出高度计数据的空间分辨率的提高，经典地转流动的误差更大，更加需要进行修正。

研究成果发表在国际著名期刊Journal of Geophysical Research: Oceans。该论文第一作者为曹玉晗博士，共同通讯作者为南京信息工程大学海洋学院董昌明教授和董济海副教授，合作者为法国巴黎综合理工大学Alexandre Stegner教授、巴哈马大学的Brandon J. Bethel博士、美国路易斯安那州立大学的Chunyan Li教授、江苏海洋大学的吕海滨副教授和自然资源部第二海洋研究所杨劲松研究员。

文章链接：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JC019357

大气科学学院赵久伟团队的最新成果在npj Climate and Atmospheric Science期刊发表

北太平洋涛动（NPO）作为典型的中纬度大气变率，能够显著地影响到厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的发展。为了解释热带外-热带的相互联系，前人的大部分研究聚焦于边界层的海气耦合过程。不同于前人提出的“Seasonal Footprinting Mechanism”或者“Wind-Evaporation-SST feedback”，本研究提出了一个全新的解释NPO影响ENSO信号的机制：对流层高层波作用通量的直接作用。前人的研究主要解释了NPO影响时期波作用通量的北传；然而我们的研究发现，春季NPO引起的波作用通量也能通过背景北风和水平切变向南传播，并影响到热带地区。正位相NPO通过波作用通量能够引起热带地区高层东风异常；相应地热带地区低层出现西风异常并在随后的季节里发展触发厄尔尼诺事件（图1）。

图1 NPO引起的Rossby波对热带地区的影响.(a) NPO引起的纬向1波的波射线路径，（b）纬向3波的波射线路径

为了进一步验证NPO引起的波作用通过在不同模式中的多样性，及其对ENSO的影响。研究一共评估了59个CMIP5/6模式。从多模式的结果来看，很明显高层波作用通过较强的模式对应的ENSO振幅偏强，而高层经向波作用通量弱的模式对应的ENSO强度偏弱（图2）。

图 2ENSO强度与经向波作用通量散点图.（a）ENSO强度与波作用通量散点图;（b） El Niño强度与波作用通量散点图;（c）La Niña强度与波作用通量散点图  其中蓝色的点代表59个不同CMIP5/6模式。

本工作分为两部分，发表在Nature合作期刊npj Climate and Atmospheric Science上。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41612-023-00336-z

https://doi.org/10.1038/s41612-023-00337-y

应用气象学院章炎麟团队的最新成果在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊发表

大气活性氮化学是生态系统氮循环的重要组成部分，也是大气化学过程中的关键物质，参与大气氧化剂（O₃,OH等）的生成，影响大气的自净能力。NO_x是大气活性氮的重要组分，也是我国主要的气态污染物之一。过去对于NO_x排放的研究主要使用卫星观测结合排放清单方法，此方估算了我国不同排放部门的NO_x排放量，其不确定性主要来自排放因子的测量误差等。作为NO_x来源的另一种示踪方法，基于稳定同位素的源解析方法可与排放清单法相互验证，此方法所需数据为研究区域的气溶胶同位素观测数据及NO_x排放源的同位素端元值。本研究以长三角中心特大城市-杭州为研究区域，对其大气硝酸盐气溶胶的氮、氧同位素进行长期观测，重点分析硝酸盐前体物NO_x的来源以及NO_x在大气中生成硝酸盐颗粒的形成机制。

研究结果发现，燃煤是研究区域硝酸盐前体物NO_x的主要来源（贡献达50%），且NO_x来源呈明显的季节差异，夏季土壤NO_x排放明显增加。此外，发现NO₃自由基化学是冬季NO_x生成硝酸盐的主要形成机制，夏季硝酸盐主要来自NO₂+OH反应，此结果符合以往认知。此研究的创新之处为综合考虑了NO_x-NO₃^-气粒分配过程中氮同位素发生的平衡分馏、动力学分馏和光化学分馏效应，降低了利用硝酸盐稳定氮同位素进行源解析的不确定性。

此研究近日以“Formation mechanisms and source apportionments of nitrate aerosols in a megacity of eastern China based on multiple isotope observations”为题发表于期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres，大气环境中心同位素大气化学课题组的范美益博士为第一作者、章炎麟教授为通讯作者。

图1（A） NO₂+OH、N₂O₅+H₂O和NO₃+HC/H₂O途径对硝酸盐生成的相对贡献，（B）在考虑采样期间氮同位素分馏的影响后，NOx源对硝酸盐气溶胶的相对贡献

文章链接：

https://doi.org/10.1029/2022JD038129

水文与水资源工程学院唐悦宁的最新成果在Journal of Hydrology期刊发表

海岛上往往缺乏以湖泊、河流为代表的地表淡水资源，地下淡水资源就成为了海岛上最主要的淡水来源。由于淡水和海水之间的密度差异，地下水漂浮在海水之上，形成淡水透镜体。

以前的地下水透镜体解析解都是基于二维模型。在这项研究中，研究人员首先推导出了三维矩形岛的抽水条件下的淡水-海水界面的解析解。使用此解析解，可以方便快速地估算三维矩形岛中不同位置的井或排水沟的临界或最大泵送速率。此解析解被数值模型成功验证。结果表明，单井临界抽速最初随着岛屿纵横比的增加而增加，并达到一个常数，但受到岛屿短边的限制。此外，正如预期，单井的临界泵送率在区域中心最大，并且随着井接近区域边界而降低。当矩形岛的纵横比等于1（即方形岛）时，临界泵送率接近圆形岛。对于具有高纵横比的岛，临界泵送速率随着抽水沟长度的增加而增加，此种岛屿可以简化为二维模型。

图1 矩形海岛上抽水条件下的淡水-海水界面

该研究发表于水资源领域一区期刊journal of Hydrology，第一作者为水文与水资源工程学院教师唐悦宁。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128928

END

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来源：科学技术处编辑：陈楠
责编：周馨
审核：林雯