研究主题 · 2026-03-02

临界现象、渗流与气候网络

撰文 科研主题整理

本主题聚焦统计物理中的临界现象、渗流理论与气候网络方法，展示从普适标度规律到大气河自组织临界性、再到全球变暖下热带气候网络结构变化的一组代表性成果。

复杂气候系统并不是一组彼此独立的局地过程，而是由多尺度相互作用、远距离连接和临界转变共同塑造的动力系统。课题组围绕临界现象、渗流理论和气候网络，发展了一套从复杂系统理论进入地球系统问题的研究路径。

这一方向的核心问题包括：复杂系统在接近临界状态时是否存在可观测的普适规律？气候场中的空间连接结构如何随外部强迫发生改变？大气河等关键水汽输运过程是否表现出自组织临界性？

代表性成果

大气河的自组织临界性

Self-Organized Criticality in Atmospheric Rivers 从统计物理视角研究大气河事件，揭示大气河作为关键水汽输运结构所呈现的临界动力学特征。该成果将自组织临界性框架引入大气河研究，为理解极端降水相关过程提供了新的复杂系统解释。

渗流间隙的普适标度

Universal gap scaling in percolation 研究渗流转变过程中最大跃迁间隙的统计规律，提出并验证了具有普适意义的 gap scaling 图像。该工作强调，临界转变前后的有限尺度波动本身可以成为理解复杂系统相变的重要观测量。

全球变暖下热带气候网络的扩张与弱化

Climate network percolation reveals the expansion and weakening of the tropical component under global warming 将渗流思想用于气候网络结构分析，揭示全球变暖背景下最大热带气候网络组分的向极扩张以及连接强度弱化，并将其与 Hadley 环流的扩张和减弱联系起来。

主题意义

这一组成果体现了课题组的基本研究风格：从统计物理和网络科学中提取可迁移的方法，再回到气候系统中识别关键结构、临界状态和潜在风险。相比只描述气候现象本身，这类研究更强调复杂系统背后的组织规律。