陕北黄土高原气候干旱特性的混沌研究

在阐述了混沌系统的复杂特性以及关联维数的计算原理基础上，以陕北黄土高原地区气候干旱日持续时段分布为例，具体介绍了如何利用关联维数来判别其混沌性以及如何从单变量时间序列中提取其关联维数，提出了判断陕北黄土高原地区气候干旱混沌特性及其控制简单易行的方法。     

混沌系统单变量可预报性研究

对于n维的混沌系统, 不同变量的可预报性是不同的。为了研究混沌系统中单个变量的可预报性, 本文在以前提出的混沌系统整体的非线性局部Lyapunov指数基础上(李建平等, 2006), 引入了单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量, 进一步完善了非线性误差增长理论。通过应用到几个混沌个例, 结果表明单变量的非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量可以用来定量地研究多维混沌系统中不同变量的可预报性, 系统不同变量的可预报性之间不是相互独立的, 而是单个变量的可预报期限与系统整体的可预报期限之比都近似保持一个常数, 但各个变量的常数值有所不同。     

区域旱涝气候混沌动力学可预报性研究

根据西安地区旱涝气候等级近1624a（380-2003年）资料序列，运用非线性系统混沌动力学理论，通过计算气候吸引子的关联维数、Kolmogorov熵和Lyapunov指数，对西安区域旱涝气候的混沌特性和可预报性进行研究。结果表明：西安区域旱涝气候系统是一个具有有限个自由度的复杂的混沌系统。其吸引子关联维数约为3．1，确定性的平均可预报时间尺度约为14．8a，最大可预报时间尺度约为20．7a。     

具有混合延时和不同时标的混沌忆阻竞争神经网络的自适应同步

本文考虑了具有混合时变延时和不同时标的混沌忆阻竞争神经网络的自适应同步问题.使用Lyapunov泛函方法和不等式分析技术,设计了一类新的具有反馈控制律的自适应控制器以取得网络同步及指数同步目的,提出了不用过多计算,如求解线性矩阵不等式或复杂代数计算的保证网络同步条件;同时,所获条件也可以应用到已有文献里关于忆阻器网络不同数学模型中.最后,通过实例验证了本文获得的理论结果的有效和正确性.     

误差非线性的增长理论及可预报性研究

对非线性系统的误差发展方程不作线性化近似，直接用原始的误差发展方程来研究初始误差的发展，提出了误差非线性的增长理论。首先，在相空间中定义一个非线性误差传播算子，初始误差在这个算子的作用下，可以非线性发展成任意时刻的误差；然后，在此基础上，引入了非线性局部Lyapunov指数的概念。由平均非线性局部Lyapunov指数可以得到误差平均相对增长随时间的演变情况；对于一个混沌系统，误差平均相对增长被证明将趋于一个饱和值，利用这个饱和值，混沌系统的可预报期限可以被定量地确定。误差非线性的增长理论可以应用于有限尺度大小初始扰动的可预报性研究，较误差的线性增长理论有明显的优越性。     

大气污染物浓度变化的非线性特征分析

研究了大气污染物浓度变化的非线性动力学特征,首次详细考察了污染物浓度时间序列的谱分布、结构函数、自相关函数、时间变化曲线的分数维、相空间中吸引子的关联维及最大Lyapunov指数.此外,当前在国际上得到广泛应用的小波分析方法也能对揭示污染物浓度变化的非线性特征提供很好的帮助.     

时空序列预测误差的敏感性试验分析

利用33模Lorenz系统得到的"理想"混沌时空序列,作为时空混沌序列"发生器".通过状态空间重构,建立"场时间序列"局域近似预测模型,对资料空间分辨率,资料的长度、噪音,以及模型的参数选取等因素进行敏感性试验分析,了解时空混沌序列预测中误差产生和增长的一些影响因素.得到以下初步结论:对于理想混沌时空序列(33模Lorenz系统)而言,与系统相适应的资料空间分辨率和较长的资料长度都将会提高预测精度;可预报时效与资料长度之间近似服从指数关系.另外,在建立预测模型时,适当的邻近点数目,以及采用二阶映射关系和迭代法都可以有效地改善预测精度.对于加入噪音的混沌时间序列,通过"场时间序列"的局域近似方法和4阶自回归方法的预测试验的对比表明,前者显示了更强的抗"干扰"能力.以上结论可以有分析地应用于短期气候预测中.     

西太平洋副高活动指数的吸引子维数计算

基于NCEP／NCAR再分析资料计算出的西太平洋副高活动的三种特征指数，利用相空间重构方法对副高活动的三种特征指数的混沌特性和分数维进行了计算。计算结果表明，副高的短期活动存在混沌吸引子，副高脊线指数和面积指数动力系统的独立变量数目的上、下限分别为3和6，分析结果为副高动力系统的重构研究奠定了基础。     

33模Lorenz系统的混沌特征及其可预报性分析

简述了33模Lorenz系统的导出及求解过程,并从功率谱、关联维数和Lyapunov指数等三方面验证其33个谱模分量及流场和扰动温度场得到的时空序列具有混沌特性,并对其进行可预报性分析。结果表明,对于混沌系统而言,对其时空序列取平均并不能延长可预报时效。     

场时间序列预测方法及其预测能力的试验分析

给出场时间序列预测思想的提出及其理论基础,并在此基础上,给出场时间序列预测理论的思路及方法,并针对一个理想混沌时间序列进行预测能力的试验分析.初步结果表明,场时间序列预测方法可以提高单点时间序列的"遍历性",提高预测精度.     

HEIFE绿洲和沙漠地区大气边界层湍流混沌特性研究

利用“黑河实验”期间张掖、沙漠观测站加强观测期间１９９１年６月２０日０９：００至１９９１年１０月２日０９：００时段内水平风速的观测资料,计算分析了有关测量混沌的特征量：关联维数。Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数和Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｗ熵。     

不同下垫面大气边界层湍流的混沌特性研究

根据３ 种不同观测资料,计算和分析了有关诊断具有耗散结构的系统混沌运动的特征量：功率谱、关联维数、Ｌｙａｐｕｎｏｖ 指数和关联熵。结果表明：尽管下垫面明显不同,大气边界层湍流均为混沌运动。     

Spatial variation of deterministic chaos in mean daily temperature and rainfall over Nigeria

Daily rainfall and temperature data from 47 locations across Nigeria for the 36-year period 1979–2014 were treated to time series analysis technique to investigate some nonlinear trends in rainfall and temperature data. Some quantifiers such as Lyapunov exponents, correlation dimension, and entropy were obtained for the various locations. Positive Lyapunov exponents were obtained for the time series of mean daily rainfall for all locations in the southern part of Nigeria while negative Lyapunov exponents were obtained for all locations in the Northern part of Nigeria. The mean daily temperature had positive Lyapunov exponent values (0.35–1.6) for all the locations. Attempts were made in reconstructing the phase space of time series of rainfall and temperature.     

Characteristics Of Chaotic Attractors In Atmospheric Boundary-Layer Turbulence

In this paper, the attractors of turbulent flows in phase space are reconstructed by the time delay technique using observed data of atmospheric boundary-layer turbulence, which include high resolution temperature, humidity andthree-dimensional wind speed measurements in Gansu province and Beijing, China. The correlation dimensions and largest Lyapunov exponents have been computed. The results indicate that all the largest Lyapunov exponents in different conditions of time, site and atmospheric stability are greater than zero. This means that the atmospheric boundary-layer turbulence system is really chaotic and has appropriate low-dimensional strange attractors whose dimension numbers range from 3 to 7 and vary with different variables (dynamical variables or non-dynamical variables) and atmospheric stability. Turbulent kinetic energy is first applied to reconstruct the attractor of turbulence, and is found to be feasible.     

Lyapunov 指数预报模式

考虑到系统在吸引子附近的演化行为是指数辐散的，我们把浑沌理论和统计原理相结合，提出了Lyapunov指数预报模式。个例试验的结果是令人满意的。     

Progress in Predictability Studies in China （2003-2006）

Since the last International Union of Geodesy and Geophysics General Assembly(2003),predictability studies in China have made significant progress.For dynamic forecasts,two novel approaches of conditional nonlinear optimal perturbation and nonlinear local Lyapunov exponents were proposed to cope with the predictability problems of weather and climate,which are superior to the corresponding linear theory.A possible mechanism for the"spring predictability barrier"phenomenon for the El Ni(?)o-Southern Oscillation (ENSO)was provided based on a theoretical model.To improve the forecast skill of an intermediate coupled ENSO model,a new initialization scheme was developed,and its applicability was illustrated by hindcast experiments.Using the reconstruction phase space theory and the spatio-temporal series predictive method, Chinese scientists also proposed a new approach to improve dynamical extended range(monthly)prediction and successfully applied it to the monthly-scale predictability of short-term climate variations.In statistical forecasts,it was found that the effects of sea surface temperature on precipitation in China have obvious spatial and temporal distribution features,and that summer precipitation patterns over east China are closely related to the northern atmospheric circulation.For ensemble forecasts,a new initial perturbation method was used to forecast heavy rain in Guangdong and Fujian Provinces on 8 June 1998.Additionally, the ensemble forecast approach was also used for the prediction of a tropical typhoons.A new downscaling model consisting of dynamical and statistical methods was provided to improve the prediction of the monthly mean precipitation.This new downsealing model showed a relatively higher score than the issued operational forecast.     

包头市气候变化耗散结构特征及其混沌行为的可预报性

通过对包头地区1971—2000年整编资料的计算,分析出包头市近30a的气候变化特征,利用统计学方法分析和解释了包头地区气候变化的突变现象,得出气候突变对包头地区引起的气温和降水的影响,简要分析了气候突变后的稳定性及其耗散结构特征,利用包头月平均气温的时间序列,求得包头地区吸引子的维数,表明了包头地区气候具有的混沌行为。通过累积分布函数对包头地区混沌行为做出定量估计,求出了系统混沌的定量程度,找到了包头地区可以预报天气的平均时间尺度。     

非线性局部Lyapunov指数方法在目标观测中的应用初探

本文初步探讨了非线性局部Lyapunov指数方法(NLLE)在目标观测中的应用。首先, 在NLLE理论基础上研究了非线性动力系统内局部平均误差相对增长(LAGRE)特征, 证明了在误差发展进入随机状态前, LAGRE与初始误差大小无关而是与初始状态有关;在演化进入随机状态后, LAGRE的饱和值由初始误差大小决定这一特征。同时利用三个变量的常微分方程模型Lorenz63验证了这一结论。其次, 从非线性局部误差增长理论出发, 在局部动力演化相似方法(LDA)的基础上提出向前局部动力演化相似方法(FLDA)的概念, 并通过两个混沌个例来说明LDA和FLDA方法能够有效的利用历史资料还原任意初始状态的LAGRE。这些方法的提出为NLLE理论应用于观测资料研究目标观测问题提供了依据。