云南地区地震总体活动水平起伏规律研究

系统分析了本世纪以来云南地区逐年最大地震强度序列的演变,揭示出了地震活动强弱循环各阶段的基本变化规律,并对其机理进行了探讨。指出地震活动的分期性和强弱交替性是云南地区地震活动的基本特征之一。在此基础上,运用混沌理论,建立了云南地区年最大地震强度的多维相空间相似统计预报模式,确定出构成最佳预报模式的最佳参变量。最后应用本模式对1987~1997年云南地区逐年最大地震强度进行了外推定量预测和定性预报准确率检验,结果表明,当外推时间L=1年和4年时,定量预测平均绝对误差$\Delta\bar{M}$分别为0.53和0.46;有无M≥6强震的辨识率ƒ=0.90,高于年自然发生率0.50。该预报模式输出稳定,可成为判断云南地区地震形势的重要依据。     

基于相空间重构的边坡位移预测

根据边坡位移时间序列的非线性性质, 应用基于相空间重构的实时预测方法, 可以充分利用时间序列信息, 预测 各种边坡变形演化趋势。 讨论了局域法和基于 Ly apunov 指数的预测法。 实例研究表明, 基于相空间重构的预测方法具 有比非平稳时间序列更高的预测精度和更广的适应性。     

基于混沌理论的兰州市近10a空气污染指数时间序列分析

选择中国最具代表性的重污染城市兰州市作为研究对象,利用兰州市近10 a的空气污染指数日报数据进行时间序列分析。通过相空间重构,应用互信息法、Cao方法确定出重构参数时延和嵌入维,并运用小数据量法和G-P法分别计算了该序列的关联维、最大Lyapunov指数以及Kolmogorov熵等特征量。结果表明:兰州市近10 a空气污染指数时间序列中存在明显的混沌特性,是非线性混沌动力系统演化的结果,说明大气污染系统是混沌研究对象之一,运用混沌理论分析空气污染的动力学特征及变化规律是可行的。根据关联维的计算结果(D2=3.491 3),可以得知,特殊地形、气象条件、大气污染排放及能源消耗结构等4个因子是造成兰州市空气污染变化的主要因素。最大Lyapunov指数以及Kolmogorov熵的计算结果也为进一步研究兰州市空气污染的复杂性、演化规律及污染物预测奠定基础。     

基于混沌时间序列的桥梁沉降预测

混沌的离散情况常常表现为混沌时间序列,而混沌时间序列中蕴含着丰富的系统的动力学信息。本文基于某桥梁的实际观测的沉降时间序列用自相关法求取时间延迟t、用Cao方法求取嵌入维数获得相空间重构参数,然后用最大Lyapunov指数法进行时间序列的混沌特性识别,证明桥梁沉降运动系统具有混沌特性。最后分别使用加权一阶局域预测法、Volterra级数自适应预测法以及RBF神经网络预测模型进行预测,比较了几种方法的预测精度,得到RBF神经网络模型在短期预测中具有较好的性能。     

有效位能和冷空气活动与台风暴雨增幅的研究

以昆明近百年月雨量时间序列为样本,进行了月雨量的可预报性试验,通过估算和１２年共１４４次的独立预报试验,我们得出：在适当的预报精度的要求下,月雨量的可预报时间尺度约为５个月,于适当嵌入的相空间维数ｍ和在一定的提前预报时间尺度Ｔ内,对月雨量的距平符号预报准确率可达６０％,对于雨季（５－１０月）则可达到６５％。     

深埋煤层应力松弛状态演化试验与动力学分析

应用Lyapunov指数法,对试验得到的深埋煤层应力松弛系统演化对应于各级应变水平的时间序列进行分析,科学重构相空间,得到了每一递进应变水平的相轨迹均不重复地围绕各自对应的历史应力中值而顺次演化。采用分形几何学方法进行时间序列分析,定量揭示出煤样应力松弛系统演化的各层次间自相似性,并部分反映了经典力学与非线性科学间的关系。得到了对应各级应变水平系统演化时间序列的非线性动力学评价指标,并判定深埋煤层应力松弛系统为复杂系统且具有典型混沌特征。深埋煤层应力松弛系统演化的混沌程度及复杂程度呈下降规律,煤体内部力学性质弱化因素与强化因素之间竞争最为激烈的阶段,其混沌程度最高,而宏观破坏后系统伴随最低的混沌程度及复杂程度。     

塔里木盆地年平均气温的分形特征研究

根据分形理论、相空间嵌入定理、Grassberger和Procaccia提出的计算分维数的方法,对塔里木盆地22个气象台站50年(1956-2005)的年平均气温时间序列数据进行分析,计算其分维数,进一步应用普通克立格法、采用变异函数的指数模型对分维数进行了空间插值.研究结果表明.(1)该区域年平均气温的分维数为2.22～2.64,它提供了该区域气候吸引子的自相似结构的基本信息,表明模拟该区域气候系统至少需要3个独立变量,(2)分形维数的空间分布与地形地理位置密切相关,在地形地势复杂的地方及有地表径流的地方分维数的值较高,譬如在盆地边缘砾石带、盆地边缘绿洲带、盆地东部的罗布泊湖盆区分形维数均较高,约为2.55～2.57,表明这些地方气候变化较为复杂,沙漠腹地分形维数较低,约为2.51～2.55,气候系统的复杂性相对较低.     

南洞地下河月径流时间序列的混沌特征及预测

利用基于相空间重构技术、混沌识别与预测理论对1993-2013年南洞地下河月径流时间序列的非线性特征进行了分析,由所获得的延迟时间和最佳嵌入维数实现了月径流时间序列的相空间重构,运用饱和关联维数法和小数据量法计算出南洞地下河月径流时间序列的饱和关联维数和最大Lyapunov指数,并运用Volterra模型对南洞地下河月径流时间序列进行了多步预测研究。研究结果表明,南洞地下河月径流时间序列相空间重构的延迟时间和最佳嵌入维数分别为τ=5、m=8,饱和关联维数D和最大Lyapunov指数λ分别为4.63、0.748 9,从定性和定量的角度证明了南洞地下河月径流时间序列具有弱混沌特征。Volterra自适应滤波模型的预测结果能较好地表征南洞地下河月径流的变化趋势和规律,对18个月内的短期预测精度较高,模拟效果较好。      

利用EOF作相空间拓展与有限区域大气系统混沌吸引子维数的确定

提出用自然正交函数分解的方法来开拓相空间，从而研究有限区域上大气系统的混沌性质。与利用时间滞后作漂移来开拓相空间方法相比较，前者充分保证了相空间各基矢量的正交性，弥补了后者只能对单点资料进行计算的不足。文中利用欧洲中期数值天气预报中心1980－1986年北半球亚洲地区的500hPa位势高度场逐日格点资料进行了EOF分解并计算得到了该地区大气系统的分维数为D＝6．2，从而表明，为支撑该地区大气系统的混沌吸引子至少应取7维系统或以7个变量才能作出描述。     

利用EOF相空间分析东亚梅雨旱涝长期过程的初步研究

利用非线性动力学中的相空间概念,分析了梅雨旱涝3～5年循环的长期过程.对全球热带850hPa的纬向风场距平所作的EOF,第1特征向量显示了Walker环流异常在赤道球圈上的分布;第2特征向量主要显示热带-副热带之间的环流异常的经向分布.在第1时间系数和第2时间系数所定义的2维相空间中,由相轨线分析,得到梅雨涝年主要集中于第2象限,而旱年则相对多在第4象限.说明梅雨旱涝年际变异的主导模态和热带大气环流的主要特征向量有着密切的关联.它们显示了以3～5年时间尺度的大气环流演变的长期特征性过程.