THE STATISTICAL STRUCTURE OF LORENZ STRANGE ATTRACTORS

The statistical characteristic quantities and marginal probability distribution of the Lorenz strange at-tractors were computed numerically. The results indicate that after a sufficiently long time the statistical characteristic quantities and marginal probability distribution tend to stable states, and the motion on the strange attractor is ergodic.     

On the Nonlinear Response of Lower Stratospheric Ozone to NO_x and ClO_x Perturbations for Different CH_4 Sources

The impact of sulfate aerosol, ClO2 and NOx perturbations for two different magnitudes of CH4 sources on lower stratospheric ozone is studied by using a heterogeneous chemical system that consists of 19 species belonging to 5 chemical families (oxygen, hydrogen, nitrogen, chlorine and carbon). The results show that the present modeled photochemical system can present several different solutions, for instance, periodic states and multi-equilibrium states appearing in turn under certain parameter domains, through chlorine chemistry and nitrogen chemistry together with sulfate aerosol as well as the increasing magnitude of CH4 sources. The existence of catastrophic transitions could produce a dramatic reduction in the ozone concentration with the increase of external sources.     

A GLOBAL ANNUALLY-AVERAGED CLIMATE MODEL WITH CXOUD, WATER VAPOR AND CO_2 FEEDBACKS

In consideration of the radiation transter, latent and sensiole neat exchange between oceans and atmosphere, a three-dimensional autonomous nonlinear ordinary differential equation is established by statistical parameterization method. The variables of the model are the mean ocean surface temperature Tx, mean atmospheric temperature To and atmospheric relative humidity f, and the feedbacks of clouds, water vapor and CO2 are involved. The steady state corresponding to the present-day climate can be obtained from this model. The analysis of parameter sensibility in the steady state indicates that clouds have considerable negative feedback effects and water vapor may affect the sign of CO2 feedback. The stability analysis of the steady state to small disturbance indicates that with increase of the positive feedback effect of clouds, the steady state goes through such a structural variance series as a stable node→a stable focal point→an unstable focal point→an unstable node, and when the steady state bec     

耦合的八模Lorenz系统的分叉特征

本文对两个不同尺度的Lorenz系统,通过引入一个耦合参数α把它们连接起来,并在二维参数空间α×r(Rayleigh数)中讨论了所建立的耦合系统的解的分叉过程。参数α在[0,1]区间中取值。当α=0时,耦合系统与著名的三模Lorenz系统相对应;当α=1时,则与一个包含两个Lorenz元的系统相对应。文章选取了三个不同的r值,研究了α从0变到1时,从单Lorenz系统的解到双Lorenz系统的解的非线性演化过程。     

平流层臭氧均相光化学系统的非线性特性——对Cl_x和NO_x排放强度变化的响应

建立了一个描述平流层臭氧均相光化学过程的箱模式,详细地讨论了人类活动所产生的污染物奇氯(Cl_x)和奇氮(NO_x)对光化系统状态的影响.结果发现,系统的解在状态—参数空间中构成一个‘尖拐’突变流型;当奇氯的排放强度从当前值提高约30%,或者奇氮的排放强度从当前值减少约30%时,将触发突变过程,臭氧将以不连续方式从高状态跳到低状态,浓度将减少约50倍.     

关于大气过程可预报性问题的一些讨论

从非线性角度重新解读了von Neumann提出的大气运动三个分类，指出大气过程预报问题中存在两类不确定性——初始条件的不确定性和外强迫条件的不确定性，它们分别成为第一类可预报性与第二类可预报性问题的研究对象。强调了大气过程可预报性的客观存在性，由于大气过程的复杂性及人类观测手段和认识水平的限制，人们只能给出这些可预报性的估计，逐日天气预报存在上限(2周左右)。分析了预报误差产生的来源是初始条件的不确定性和预报模式的不完善性，但根本原因是大气过程的混沌本质；还分析了混沌系统误差增长理论，但由于实际大气过程包含很多显著不同的时空尺度以及不同尺度间的相互作用，人们对大气过程复杂的误差增长规律的认识还不是很清楚；最后讨论了动力学数值模式中不同的空间分辨率会改变系统的性质，指出可预报性问题的研究必须考虑空间分辨率的影响。而在讨论初值不确定性对预报的影响时，不需要考虑控制参数微小变化产生的影响，当然条件是控制参数的微小变化不会引起系统性质的重大变化。     

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。     

地震过程动力学行为和可预报性问题研究

本文提出了地震事件时序概念,找到了通过对实际地震观测资料的分析来有效地研究地震系统动力学行为和可预报性问题的方法.从实例分析观测资料的结果发现,被分析的这些地震系统混沌吸引子关联维数d₂为3.2-7.5,二阶Renyi熵K₂为0.019-0.052.这表明这些地震过程存在着已知变量数目范围的确定性规律,是可以预报的,但可预报时间有限.由K₂可以估算在一定预报精度要求下,对未来地震的可预报时间长度（本文震例中最长为一个月左右）.这套分析方法对认识地震过程动力学行为及可预报性问题都有重要意义.     

低层大气运动的浑沌吸引子

本文应用低层大气的实测资料以及重构相空间的方法,研究了低层大气运动的浑沌特征,结果发现,在低层大气运动中浑沌吸引子是存在的。就本文给出的四个实例而言,它们的关联维数和最大的李雅普诺夫指数分别在5.5与7.3之间和0.037与0.046bit/s之间。上述结果对大气运动模式的评估、大气观测方案的设计以及低层大气可预报性问题的研究是有重要参考价值的。     

中国北方地区旱涝的年代际预测分析研究

基于状态空间重构理论和嵌入定理,给出场时间序列预测模型的建立思路。与单点时间序列预测分析方法相比,场时间序列预测分析方法的优点在于,在寻找吸引子上某个相点的最邻近点及其映象以建立预测模型时,不局限于它自身的时间序列,而是在区域内所有相点的时间序列所构成的整个吸引子上寻找。这样,在一定程度上改进单点时间序列的“遍历性”,以提高预测精度。在此基础上,利用中国北方地区534年旱涝等级资料,对中国北方几个区域年代际尺度的旱涝变化及其极端旱(涝)出现频率进行预测试验分析。