地球动力学数值模拟方法进展与展望

地球内部动力过程作为地质活动的核心驱动力，在地球系统的演化过程中起到了关键作用，其运行机制与表层响应是固体地球科学研究的关键问题之一。地球动力学模拟通过构建实验室物理模型或计算机数值模型的方式，实现了对地球内部动力过程及其响应的定量刻画，为深入理解和认识地球内部运作模式、板块运动机制、地震与火山孕育机制和地球系统演化等重大科学问题提供了物理框架。相较于物理模拟，数值模拟能够更有效地处理复杂的地质问题，已成为现代地球动力学研究不可或缺的核心手段。随着地球物理学、应用数学和计算机科学等相关学科的发展与交叉融合，地球动力学数值模拟的理论与方法在过去几十年间取得了极大的进展。同时，地球动力学数值模拟在诸多地质问题的研究中得到了成功应用，为板块构造理论、俯冲动力学、地幔柱动力学和大陆动力学提供了大量新的视角与认识。本文系统梳理了地球动力学数值模拟的发展历程，简述了其基本原理与方法，评述了数值模拟方法的最新进展，总结了数值模拟在关键地质问题中的应用成果，探讨了当前地球动力学数值模拟面临的挑战，并对未来的发展提出了展望。