条件非线性最优扰动及其在天气和气候可预报性研究中的应用

条件非线性最优扰动(CNOP)是非线性动力系统中满足一定物理约束条件, 且在预报时刻有最大非线性发展的一类初始扰动. 它不仅可以代表某一天气或气候事件的“最优前期征兆”, 而且可以用来研究预报时刻对预报结果有最大影响的初始误差. 在流体运动的(不)稳定性(或敏感性)问题研究中, 它还可以代表最不稳定(或最敏感)的初始模态. CNOP还可以被用来估计某一天气或气候事件预报误差的上界. CNOP的上述物理特征在厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的可预报性研究和海洋热盐环流(THC)的敏感性分析中得到了实现: 在一个海气耦合ENSO模式中, CNOP代表了最容易发展成ENSO事件的初始模态(即最优前期征兆); 在ENSO事件的预报误差研究中, CNOP代表了在预报时刻对ENSO预报有最大影响的初始误差. 当CNOP作为观测ENSO事件的初始扰动时, 它给出了ENSO事件预报误差的上界估计; 当CNOP作为THC的最不稳定(或最敏感)的初始模态时, 它揭示了THC对有限振幅扰动的非线性不对称响应. 最后, 讨论了CNOP方法在较复杂模式中的应用, 结果表明CNOP方法对于较高维数的模式也是适用的, 对应的优化算法也是有效的.     

Besicovitch的平面拓扑变换与Birkhoff猜想

在动力系统的研究中,为了说明回复运动与几乎周期运动的区别,Birkhoff曾希望作出一个解析的微分方程,使得它含有回复而非几乎周期的运动。他猜想这样的系统是存在的。此后,一些学者多次考虑过这个问题,但均未给出圆满的解答。直到不久前我们才看到丁     

混沌在信息加密中的应用

近来,人们逐渐注意到利用混炖系统对初值的敏感性来进行保密通讯.他们在蔡氏电路中刊用混沌同步实现了保密通讯.混沌是发生在一个确定性系统中的伪随机运动,系统在某个参数和给定的初始条件下,其运动是确定性的,但是该运动的长期状态对初始条件极其敏感,初始条件的任意小的改变都会引起完全不同的行为.这种确定论性的随机运动完全不同于如Brown运动的随机运动.噪声遵守概率论,对于混沌运动,尽管也表现出随机的性质和不可预测性,但仍是确定性方程的解,对于相同的初始条件,具有相同的运动过程.基于混沌的这些特性,本文提出一种新的信息加密方法.实验表明该方法在保密能信中是切实可行的.     

复杂、复杂性和混沌边缘

本文讨论了复杂、复杂性和混沌边缘三个概念.就作者理解而言,复杂是指动力系统所表现的至今缺乏深刻理解或基本上还不甚理解的动力学行为;复杂性是指试图从科学观点统一理解上述复杂动力学行为的定性或定量的描述;动力系统复杂行为来源是混沌边缘,这是一个尚待深刻理解的概念.     

混沌应用研究的动态及分析

在混沌理论深入研究的同时,人们除了认识混沌现象似乎是“捉摸不定”、像随机性态、长期不可预测、对初值极端敏感的这些特征外,还发现了下面的一些新的特征。首先,一个混沌系统的行为是许多有序行为的集合。但每个有序行为在正常条件下都不占主导地位;或者说,一个混沌吸引区是一些不稳定的周期行为的无穷集合,在正常条件下,这些周期行为由子不稳定性而不占主导地位。近年来已经证明,如果以适当的方式来扰动一个混沌系统,就能促使该系统以它许多有序行为中的一个来起作用,或者说,某一个周期行为变为稳定。其次,混沌现象中的长期不可预测是局部的,对整体而言是确定的,或者说测量一个混沌系统的轨迹并不能预测在遥远的将来某一时刻,该系统将处子吸引区的哪一点上,但是无论在什么时刻去测量它,混沌吸引区整体是保持不变的,人们可以设法将整个混沌吸引区的信号在同步化意义下,获得控制。在某种意义上来说,吸引区是一个混沌系统的本质所在,是那些固定的参数以及那些决定状态变量数值的方程的表征。人们一旦获得了关于一个系统的混沌吸引区的信息,他们就能着手利用混沌。     

在大鼠束旁核痛反应神经元上观察八肽胆囊收缩素对抗电针镇痛的作用

电针引起的镇痛和电击脚掌引起的镇痛机制的研究揭示了中枢神经系统在调制痛的感受方面存在两种功能相反的神经肽,即阿片肽和抗阿片肽.在多种抗阿片肽中,八肽胆囊收缩素(CCK-8)被认为是作用最强的一种.上述研究多用行为学方法作为测痛指标,当某种行为不出现时,很难确定是由于感觉系统或运动系统发生了障碍.为克服这一问题,我们以记录单细胞放电为指标,从而排除了运动成分的影响.     

局部扰动定理及其应用

现今理论物理化学中的Rayleigh-Schrdinger方法仅注重于微扰作用,不便于处理大体系小局部扰动一类问题。一般地说,对于一个系统,如果它所受扰动只涉及到其某一特定部分,而对其它部分不产生任何影响或影响甚微,我们就称这一扰动为局部扰动。本文对于诸如下列的四个局扰问题得到了较有价值的理论估计。     

封面说明

<正>动物在受到外界的干扰如冲击、刺激等,可以实时地调整运动模式来平衡外界的扰动以保持运动的平稳性.以短腿直立动物大鼠(Rattus norregicus)为研究对象,用单摆分别冲击大鼠的胸外侧和腹外侧,由高速摄像机和三维运动反力测试系统同步记录大鼠受到冲击时的运动行为和受到的地面反力.大鼠抗冲击的平衡调节策略与身体受冲击的部位有显著相关性.胸外侧受到冲击时,大鼠     

一个用于检测微弱复信号的新Duffing型复混沌振子

针对数字通信和雷达等系统数字处理过程中经常使用的复信号,提出一个新的复Duffing方程,分析了其动力学行为.通过计算最大李氏指数和功率谱,证明该系统在不同参数下经暂态到达稳态后存在混沌行为和大尺度周期行为.基于此方程提出一种Duffing型复混沌振子检测系统,它利用混沌系统在临界混沌状态下对参数的敏感性及对一定功率范围内的噪声具有免疫力的特性来检测湮没在复高斯白噪声中的微弱复信号.Monte-Carlo仿真实验表明,在保证较低虚警率的条件下,该检测系统对复单频信号和复线性调频信号都有较好的检测效果.     

非线性动力系统实验

随着动力系统研究的主流进入非线性问题,人们不得不面对大量敏感依赖性的、全局变化的复杂现象,因而对研究方法和条件不断提出了新的要求.近些年来欧美开始了非线性动力系统实验,它使人们从单纯的思维与演算研究方式走向了“电脑实验”的方式.电脑实验(计算机辅助分析)已成为非线性动力系统研究越来越重要的手段,而动力系统工具箱在非线性动力系统实验中又起着举足轻重的作用.     

流形上离散动力系统周期轨发生各种分歧的充要条件

倍周期分歧是近年来动力系统的一个重要方向,与目前动力系统的一些重要课题如Feigenbaum现象及Chaosb密切相关。目前对分歧的研究大多限于低维上具体的含参系统,本文引进一般情形下周期轨分歧的定义,得到了高维流形上较完整的结果。     

一类子移位符号动力系统中的浑沌

1975年Li和Yorke首次在数学文献中引入了浑沌概念,并以其描述确定的动力系统中的不规则的和非周期的运动,将文献[1]中上述运动的数学性质推广即得到一严格的浑沌定义. 定义1 设M为可度量的紧致空间,d为其中的度量,则(动力系统)映射     

中国,别输在起步线上--读《第三次工业革命》有感

又一本书风靡了中国——《第三次工业革命》，这使人不禁想起了另一本书：《第三次浪潮》。上世纪八十年代初．它挟带着来自太平洋彼岸的滚滚浪潮．撞击了改革开放初期的国人心灵．让人们不仅看到了当今世界的发展．更了解到世界的未来将会发生什么样新的变化。由此．一场“迎接新技术革命挑战”的讨论在全国展开，成为那一时期思想解放运动中的一个强音。     

动态稳定腔及其判据

动态稳定腔是一种激光输出特性对腔内各种扰动不敏感的谐振腔。Chesler等人(1972)从光模对腔镜轴向轻微移动的不敏感性这一要求出发,提出了动态稳定腔的问题。同时,Steffen等人(1972)从光模对腔内热透镜效应的扰动的不敏感性另一要求出发,也提出了动态稳定腔的问题。我们利用传播     

糖尿病的自我调理

运动可使糖尿病患者对胰岛素的敏感性增高,促进全身组织比静息时更多地利用血糖,从总体上降低血糖。运动可加速脂肪代谢,使高密度脂蛋白升高,有利于减轻体重,预防糖尿病的心脑血管并发症(如动脉硬化、冠心病等)。运动能增强全身机体各器官尤其是心脑肝肾肺的免疫防病功能,抵御糖尿病对各器官的侵犯;还可使机体产生免疫球蛋白和多种抗体,提高机体应激适应能力,改善全身代谢。运动的益处运动应选择在餐后1h～2h进行,因此时血糖为高峰期,运动有助于血糖迅速转化。运动方式有多种,可根据各人的病情、体力、爱好、场地和气候条件而决定。有条件者…     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

欺骗的认知神经网络模型

欺骗是一种当事人有意试图让他人相信某种错误信念,从而为自己或他人获取利益或规避损失的心理过程.已有的研究为揭示欺骗的神经机制提供了启示,但欺骗这一复杂行为中大规模脑网络的整体性作用尚未得到足够的关注.本文总结了欺骗的相关理论和研究,以及欺骗行为涉及的认知和情感加工过程,并在此基础上提出了欺骗的认知神经网络模型.该模型中,欺骗行为产生于动力系统、情感系统、认知系统和执行系统之间的动态交互过程,而奖赏网络、突显网络、中央执行网络和默认网络的激活和相互作用是其背后的神经基础.模型建立了欺骗相关的研究和理论、心理过程、心理功能、脑区与神经网络之间的联系,并有望对欺骗行为及其神经机制作出更为整体性、系统化的解释.     

仿人机器人双臂/躯干运动规划研究

<正>仿人机器人是具有类人的外貌特征和运动功能的一种先进智能体,是未来家用化机器人的主流发展方向,其研究的重点之一就是如何模仿人类行为的同时提高系统运动的稳定性.最近的一项研究从机器人系统的角度出发,研究上、下肢的运动协调问题,上身运动对整个身体运动模式的影响,以及如何设计上身的运动使得既能模仿人类的行为又能提高系统的运动稳定性.     

凝结潜热对大尺度流场影响的数值试验

由于暴雨雨量集中,对流性强,在降水形成过程中产生的大量凝结潜热势必对大气运动产生不可忽视的影响。有些学者研究过它对次天气尺度系统(如低涡)发生的作用,也有人强调它是低空急流的一个成因。但是这种情况只有在先有暴雨后有急流的少量个例中有可     

气候系统的层次结构和非平稳行为:复杂系统预测问题探讨

到目前为止, 有关非平稳复杂系统及其在气候预测中的应用研究(它有着比混沌系统更为复杂的行为), 是一个较少被人理解, 并有重大科学意义的前瞻性研究课题. 在大气运动中, 气候正是一个典型的非平稳系统. 但是现有的气候预测理论, 包括统计预测理论和非线性预测理论, 几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上. 这有悖于气候过程的基本性态, 因此它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论上的原因. 另外, 近10年来, 气候过程具有层次结构已经成为许多科学家的共识, 但是如何发展和完善这一理论, 使之成为一个完整的体系, 人们似乎还没找到合适的途径. 至少, 科学家们目前还没提出适当的概念和方法, 去为它搭起一个框架. 事实上, 气候系统的多层次结构(它与通常的多尺度结构是两个完全不同的概念)正是产生非平稳行为的原因, 而气候系统的非平稳特性正是层次结构的集中表现. 文中将根据我们的一些初步研究结果, 就这种具有层次结构的复杂系统的预测问题给出一些讨论.