相空间反演方法在表层水温预报中的应用

利用相空间理论及方法对渤、黄、东海共4个站位近十几年的旬平均SST进行分析。结果表明：表层水温具有混饨特性，其吸引子关联维数平均约为1．23、嵌入相空间维数为6（渤、黄海）和7（东海178号站位）、二阶Renyi熵平均约为3．7×10-4（1／d）及平均可预报时间尺度平均为27个点；基于以上分析结果运用相空间反演方法建立了旬平均SST的反演模型，并且在试预报的前5旬的最大相对误差约为4．2％。     

基于混沌时间序列法的平潭浪高预测研究

在混沌动力系统相空间重构的基础上,利用关联维数法和最大Lyapunov指数法,对平潭浪高时间序列进行混沌特性识别,并进行了预测.结果表明,浪高时间序列存在混沌现象,混沌时间序列法可应用于海浪预报的研究.     

单纯形投影算子理论及在资料分析中的应用：Ⅱ.在表层水温和青岛气温 …

应用相空间理论对赤道单站日表层水温及青岛月平均气温的９点滑动平均资料进行了分析,结果表明：青岛月平均气温的９点滑动平均的相关维数和嵌入维数分别为５．８３、８,当反厄尔尼诺发生时赤道日ＳＳＴ的相关维和嵌入维数分别为３．９３、１１,当厄尔尼诺发生时其相关维数和嵌入维数分别为４．３７、９。揭示了无论是厄尔尼诺还是反厄尔诺发生赤道日ＳＳＴ都具有混沌特征,并且厄尔尼诺发生其内部结构复杂化使得支撑奇怪吸引子的     

波高时间序列的混沌特征提取

为了分析海浪混沌特征,在混沌动力系统相空间重构的基础上,利用关联维数法和最大Lyapunov指数法,对实验室波浪水池的实测波面高度时间序列进行混沌特性识别。结果表明,波高时间序列存在混沌现象,混沌理论可应用于海浪的研究。     

单纯形投影算子理论及在资料分析中的应用Ⅱ.在表层水温和青岛气温预测中的应用

应用相空间理论对赤道单站日表层水温及青岛月平均气温的９点滑动平均资料进行了分析,结果表明：青岛月平均气温的９点滑动平均的相关维数和嵌入维数分别为５．８３、８,当反厄尔尼诺发生时赤道日ＳＳＴ的相关维和嵌入维数分别为３．９３、１１,当厄尔尼诺发生时其相关维数和嵌入维数分别为４．３７、９．揭示了无论是厄尔尼诺还是反厄尔尼诺发生赤道日ＳＳＴ都具有混沌特征,并且厄尔尼诺发生其内部结构复杂化使得支撑奇怪吸引子的雏数增加,而嵌入维数减少．这种现象是由于表层水温所隐含非线性作用显著增强所导致．根据以上分析结果应用单纯形投影算子（ｓｉｍｐｌｅｘ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｏｒ）预测方法对赤道单站日ＳＳＴ和青岛月平均气温的９点滑动平均资料进行了预测,其前８点最大相对误差分别为０．４２％,７．４％．     

华南沿海明代自然灾害的时间序列分析Ⅱ.混沌分析

对我国明代华南沿海自然灾害发生次数的混沌特征分析发现 ,嵌入维数取不同值时均存在分形特征 ,且反映这种分形特征的关联维数随着嵌入维数逐渐增大而趋于一个稳定值。稳定的关联维数为 2 8,相应的饱和嵌入维数为 1 0。关联维数的稳定值为分数 (2 8)反映了控制明代华南沿海自然灾害发生次数的动力系统是一个混沌系统。构筑该系统最少需要 3个自由变量 ,最多需要 1 0个。对反映该混沌系统混沌特征强度的指标———Kolmogorov熵K值进行了计算 ,发现当嵌入维数逐渐增大到 7时K值开始稳定于 0 3 8,由此得到我国明代华南沿海自然灾害发生次数这一时间序列的可预报时间平均长度为 2 6a。     

基于相空间重构与模糊神经网络耦合的海温预测模型

在海温预报中引入混沌理论,将相空间重构理论与模糊神经网络相结合,建立了海温预测模型.通过相空间重构,把一维海温时间序列拓展为多维序列,而多维序列包含着各态历经的信息,从而挖掘出了丰富的海温变化空间的信息,有利于模糊神经网络的训练.利用建立好的模糊神经网络模型,对海温预报问题进行了建模、训练和预测.实际的预测结果表明,该模型预报精度较高,预测结果可以为业务工作提供一定的参考与借鉴.     

单纯形投影算子理论及资料分析中的应用：I.在方程模型资料预测中的应用

本文根据混沌系统奇怪吸收子在相空间中的伸缩和折叠的几何特征,建立了单纯形投影算子（ｓｉｍｐｌｅｘｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｏｒ）预测方法,该方法主要侧重考虑了被预测点的局部非线性特征及Ｌｙａｐｕｎｏｖ特征指数,避免了传统预测函数和方程的模拟问题,减少了模拟参量,在Ｌｏｒｅｎｚ方程和Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射资料进行预测分析的结果表明,此方法简单易行,缩短了计算时间,在预测时间尺度及精度上具有较强的预     

热带太平洋海区混沌特征分析

基于 TOGA- TAO锚定于热带太平洋海区的 53个浮标站 1994年冬季海表温度 ( SST)资料 ,采用多种分析非线性动力系统的方法。如谱分析 ,相空间重构法等 ,以及计算描述混沌行为的重要指标 ,如分维数、L yapunov指数等 ,对热带太平洋是否存在混沌现象进行判别分析。发现在热带太平洋 130°W至 12 0°W之间存在强混沌区 ,在西边界附近也存在混沌区。但通过吸引子的相型可以看出热带东太平洋与西太平洋是不同性质的非线性动力系统 ,导致系统出现混沌现象的原因可能是不同的。     

分层介质声特征阻抗反演 -预处理方法实验验证与比较

数值不稳定性长期困扰着声反演方法的应用.避免该问题的方法之一是进行冲激响应提取的预处理,由冲激响应反演实验材料的各层反射系数序列,重建特性阻抗剖面.该文采用不同反卷积的方法提取冲激响应,反演阻抗剖面,并就精度及运算时间进行详细比较,反演结果与实测及手册数值相当吻合.     

内波吸引子的数值模拟

密度稳定层结的流体中产生的内波沿着由内波固有频率、流体浮力频率等因素所确定的特征线(或内波射线)传播。边界上的反射不改变内波的频率,从而也不改变反射后的内波特征线与重力方向所成的夹角。侧边界倾斜的封闭容器内,内波能量沿特征线传播的过程中经侧壁、表面和底面的反射可能会集中在一个封闭的轨道上,形成内波吸引子。该现象已经得到水槽试验、线性理论和数值试验的验证。本文利用非线性非静压的环流模式MITgcm,模拟了二维封闭区域中(1,1)-吸引子和(2,1)-吸引子的形成过程,并讨论初值条件对它们的影响。稳定的(1,1)-吸引子其极限环两侧流速出现很强的剪切流。当减小地形的坡度时,由于线性因素的增加,吸引子的结构不变,但吸引子厚度在相空间中的收缩速度加快。对于(2,1)-吸引子,由于轨道所成的两个环中间的节点耗散了部分能量,吸引子的收敛速度较慢。节点处,流体速度始终为0,但存在强烈混合,流体浮力频率呈现振幅较大的周期变化。     

健康人与心脏病人心电信号混沌特性比较研究

Lyapunov指数是混沌理论的重要参数之一,对分析心电信号特性有重要意义。分别计算健康人和3种心脏病人心电信号的Lyapunov指数,并首次采用室上病变病人作为样本进行研究。对比发现健康人与各类心脏病人的Lyapunov指数之间存在显著差别。同时在重构相空间过程中采用1种同时估计延迟时间τ和嵌入维数m的新方法,并与自相关函数法的计算结果进行对比,在二维相空间重构图上进行验证。结果表明这种方法优于自相关函数法。     

单纯形投影算子理论及在资料分析中的应用 Ⅰ.在方程模型资料预测中的应用

本文根据混沌系统奇怪吸引子在相空间中的伸缩和折叠的几何特征,建立了单纯形投影算子（simplexprojectionoperator）预测方法．该方法主要侧重考虑了被预测点的局部非线性特征及Lyapunov特征指数,避免了传统预测函数和方程的模拟问题,减少了模拟参量．对Lorenz方程和Logistic映射资料进行预测分析的结果表明,此方法简单易行,缩短了计算时间,在预测时问尺度及精度上具有较强的预测能力．     

2个耦合模式中MJO的预报技巧

本文使用加拿大气候模拟与分析中心(Canadian Center for Climate Modeling and Analysis,CCCma)的耦合模式预报产品,应用以信息论为基础的可预报性理论框架,诊断、分析了耦合模式中Madden-Julian Oscillation(MJO)的预报率,包括实际预报技巧和潜在预报率,以及热带季节内尺度变率(Intraseasonal Variability,ISV)最可预报模态的空间分布。并在此基础上讨论了不同时间尺度平均对MJO预报技巧的影响。结果表明:本文使用的2个耦合模式中,MJO的预报技巧与目前全球主要使用的预报模式相近,约为10 d。潜在可预报技巧可以达到30 d以上。随着时间尺度从日平均增加到10 d平均,MJO的实际预报技巧与潜在可预报技巧都相应提高,尤其是潜在可预报技巧的提高更加显著。进一步分析发现,影响实际预报技巧的一个重要因素是初始条件MJO信号的强弱,当MJO信号很强时,预报技巧较高,反之则较低。本文最后分析了模式中ISV最可预报模态的空间分布,并讨论了如何利用这种最可预报空间分布提高ISV的实际预报技巧。     

先锋孤立子生成的理论平均波阻 Ⅱ.数值研究

基于fKdV方程系数的正则特性，以二维两层流的先锋孤立子生成问题为算例，用数值方法对本文部分（Ⅰ）中的理论平均波阻，能量劈分及能量劈分比进行检验。从理论与数值结果的比较知，理论与数值结果符合得很好。这表明本文部分（Ⅰ）中的理论平均波阻，能量劈分及能量劈分比可用于先锋孤立子生成参数的预报，也表明本文部分（Ⅰ）中的理论可推广应用于二维非线性强迫系统。     

基于相空间重构与模糊神经网络的海温垂直分布预测模型

在海温预报中引入混沌理论,将相空间重构与模糊神经网络相结合,提出了海温垂直建模预测模型。通过相空间重构,把海温时间序列拓展为多维序列,而多维序列包含着各态历经的信息,从而挖掘出了丰富的海温变化空间的信息,有利于模糊神经网络的训练。利用建立好的模糊神经网络模型,较好地对海温的垂直结构进行了建模、训练和预测。实际的预测结果表明,该模型预报精度较高,超前1~5个月的预测值的相对误差均控制在10%以内,预测结果可以为业务工作提供一定的参考与借鉴。     

GPS浮标数据反演海浪谱的理论仿真与试验验证

GPS浮标作为一种新型的海洋测量设备,近年来在海面高度现场测量和星载高度计定标方面取得了重要应用。通过仿真试验对反演海浪谱的方法和流程进行研究,旨在探索从GPS浮标测量的海面高度序列中提取海浪谱的方法。首先,使用Longuest模型生成了海浪波面位移时间序列,并通过Pierson-Moscowitz风浪谱对波面位移的统计特性进行约束,其随机性由相位引入。结合典型潮汐和GPS浮标仪器噪声的仿真时间序列,合成了仿真时间长度1h的1Hz(每秒1次)随机海面高度序列。然后,利用自相关函数法,进行高通滤波和数据压缩,得到了仿真的海浪谱。该仿真结果和理论海浪谱非常接近,可满足海浪谱反演的需求。最后,通过山东石岛外海的GPS浮标现场试验,验证了本文提出的反演方法的适用性。本文的研究解决了GPS浮标反演海浪谱的关键问题,丰富了海浪谱反演的手段,拓展了GPS浮标的应用领域,有望为未来我国的星载波谱仪定标服务。     

存在一个气候吸引子吗？

过去有关几百万年气候演变的信息,多半来卜＆过深海岩芯同位素记录的时间序列。气候学的一个主要任务是,从这些有限的信息中识别气候动刀学源的基本特征、我们利用非线性动力系统理论．仅用这些时间序列资料就可确定某些气候的关键特征。     

利用SeaDAS从SeaWiFS卫星数据反演中国东海叶绿素浓度

卫星海洋遥感反演海中叶绿素浓度,对海洋初级生产力估算及赤潮预报均有重要意义.本文介绍了SeaWiFS卫星传感器业务化算法OC4,利用SeaDAS软件反演中国东海叶绿素浓度,并与东海同步现场数据进行验证.结果表明:利用SeaDAS方法计算的东海叶绿素含量与实测含量之间具有较好的相关性,但总体上计算值要高于实际测量值;东海叶绿素含量具有分带性,河口、近岸海域高,中陆架次之,外陆架最低,这种发育特点与该海域的陆源营养盐输入、海洋动力系统有着显著的关系.     

基于小波变换的西、北江水沙关系特征分析

对珠江高要、石角站近50年(1957-2000年)流量、含沙量和输沙量月均时间序列利用复Morlet小波变换,分析水沙序列的多时间尺度变化特征,并在流量的特征时间尺度上分段建立相应的水沙关系,结果显示:(1)两站水沙时间序列具有多时间尺度特征,年内洪枯季周期最为显著,水沙丰枯变化不同期.流量的长周期振荡特征较含沙量与输沙量明显,中时间尺度振荡在20世纪70年代有明显的突变点,石角站突变点略滞后于高要站.高要站输沙量明显多于石角站,在20世纪80年代之后石角站输沙量明显减少;(2)特征时间尺度上水沙关系存在丰枯变化.水沙关系公式Cs=aQb中,系数a值变化反映出少水期泥沙的供给量较小,指数b值显示少水期水流的挟沙能力强.两个多水时段(1992-2000年和1957-1974年)水沙关系近似平行下移,说明水流的挟沙能力相近,但泥沙供给量存在一定差别,前一个多水时段泥沙供应量小于后一多水时段,明显的人类活动是主要原因.整体时段的水沙关系曲线只能代表多水期的水流挟沙特征,而不能代表少水期的水沙关系.