浑沌的遍历性,混合性和正合性

确定性浑沌是由非线性系统产生的,它的某些数量特征正逐步为人们所揭示,通常用李雅普诺夫指数:作为判断系统是否产生浑沌的证据之一.也可用柯尔莫哥洛夫熵来区分规则运动、浑沌运动和随机运动.现在又用FrobeniusPerron算子来揭示浑沌的另一些重要数量特征:遍历性(ergodicity)、混合性(mixing)和正合性(exactness).本文通过变换的密度来介绍遍历性、混合性和正合性的概念,最后说明它们之间的关系.     

同El Nino发生相联系的热带大气系统动能的变化

作者之一首先在1988年指出E1 Nino事件的前期征兆在赤道西太平洋,其后的进一步研究更明确指出,东亚冬季风异常与El Nino有相互作用.通过资料分析和GCM的数值模拟,我们最近又指出热带大气季节内振荡与El Nino也存在明显的相互作用.1 观测资料分析结果就时间尺度而论,我们可以将热带大气运动大致分为三类系统,即天气尺度(3～10d)系统,主要是大范围积云对流的活动;低频系统,主要是季节内(30～60d)振荡;准定常(>90d)系统,包括ENSO循环.1982～1983年及1986～1987年分别发生了El Nino事件,用ECMWF     

大气和海洋对周年极移的激发

给出海洋对周年极移激发的定量计算结果,大气对周年极移的激发量约为海洋的２倍多;大气与海洋激发的总量,比起只考虑大气,更接近于观测到的周年极移激发量;这表明大气和海洋是周年极移的主要激发源。     

地极运动与北大西洋涛动

地球瞬时自转轴相对于地球表面或历元平极的运动,简称极移.极移的主要特征是周年极移和Chandler极移.80年代以来,随着资料积累和观测精度的提高,人们开始从局限于周年和Chandler极移的研究扩展到对亚季节性、年际乃至几十年时间尺度极移的探讨.北大西洋涛动是英国气象学家Walker确定的全球三大气象涛动之一,其基本特征为:副热带反气旋带至冰岛附近副极区近南北方向、年际时间尺度上的气压振荡.根据固体地球-海洋-大气系统的总角动量守恒定律,大气、海洋的运动和质量再分布必然伴随着地球自转的变化.所以,本文将研究北大西洋涛动对年际时间尺度上地极运动激发的可能性.     

GRAPES 变分同化系统中卫星辐射率资料的直接同化

变分方法能够处理与代表大气状态的预报模式变量有复杂非线性关系的观测资料, 使得直接同化与大气状态量有着非线性关系的观测量(如卫星辐射率)成为可能. 各种观测资料的同化都需要有一个对应的观测算子, 观测算子给出了大气状态物理量和观测物理量之间的确定映射关系. 详细介绍了GRAPES-3DVar同化系统对实际卫星辐射率资料直接同化的实现, 包括系统中不同选择的模式变量所对应的空间插值、直接同化卫星辐射率观测的物理量变换和质量控制等观测算子的各个组成部分. 之后, 考虑实际卫星辐射率资料, 进行了应用试验. 为此使用NOAA17 AMSU-A和AMSU-B的辐射率资料, 设计了两个同化试验方案. 根据试验结果能够在清楚的物理意义上理解和反映GRAPES-3DVar系统直接同化卫星辐射率资料的合理效果.     

1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征

文献[1]对1993年南极“臭氧洞”期间中山站上空的大气臭氧总量变化特征进行了初步的分析和研究,揭示了在中山站上空大气臭氧总量有着十分显著的逐日变化,并指出这种变化可能与中山站位于臭氧洞边缘,受南极平流层极地涡旋摆动与伸缩的动力过程影响有关。本文利用南极中山站地面温度、气压和大气臭氧总量资料和与中山站(69°22′S,76°22′E)同在普里兹湾地区的澳大利亚戴维斯站(68°34′S,77°54′E)的探空资料,对1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征进行了研究。     

夏季副热带西太平洋大气环流持续异常

大气中的大尺度环流持续异常与灾害性天气气候相联系,是数值天气预报的难点,因此这方面的研究具有重要的实际意义和理论价值.迄今为止,对大气环流持续异常的研究多局限于冬季高纬地区的现象,如阻塞.在夏季,我国广大的地区,尤其是江淮流域的天气气候除了受来自高纬环流系统的影响外,还更多和更强烈地受副热带环流系统及其变异的控制和支配.陶诗言和徐淑英早在1962年就指出,长江、淮河流域的干旱或洪涝现象通常与持续异常的副热带环流型紧密联系,本工作就是沿着该思路,通过观测分析、数值试验等手段,试图揭示夏季副热带西太平洋大气环流持续异常(以下简称WPA)活动的规律特征.     

大气和海洋短期运动与守恒及非守恒格式的关系

针对大气和海洋系统的短期运动, 以一维浅水波方程为例, 对守恒格式与非守恒格式的计算稳定性进行了比较分析, 指出守恒格式与非守恒格式的计算稳定性在本质上是完全不同的. 在此基础上, 进一步讨论了大气和海洋系统的短期运动与守恒及非守恒格式之间的关系. 数值试验证明, 对大气和海洋系统的短期运动问题, 用所构造的平方守恒格式进行数值求解是稳定的, 而用中央差格式(CTCS)非守恒格式则是不稳定的. 所以用平方守恒格式解决这类问题有更多的优势.     

赤道太平洋大气低频振荡与海表水温的关系

通过对８０年代赤道太平洋地区海表水温资料及欧洲中期数值天气预报中心大气资料的分析,发现热带大气低频振荡,与赤道太平洋ＳＳＴ异常存在反相变化特征,ＳＳＴ正异常对应弱的大气低频振荡,ＳＳＴ负异常对应强的大气低频振荡。相关场分析进一步证实了这种负相关,并指出印度尼西亚地区大气低频振荡的异常对赤道中东太平洋ＳＳＴ变化起着很重要的作用。     

大气多平衡态产生之根源

大气环流是一个在外源强迫驱动下的有耗散的非线性流体系统,它存在多平衡态。早在1958年,叶笃正等就指出大气环流具有两种基本的平衡态——冬季环流型和夏季环流型。70年代末,Charney等利用简单的模式研究了正压、斜压大气的多平衡态现象,从而开创了大气多平衡态理论。关于多平衡态产生的机制问题,丑纪范利用大尺度大气运动方程,指出多平衡态是非线性的结果。本文利用完整的原始非线性大气的算子方程来进一步讨论多平衡态产生的根源。     

中国首次中层顶大气重力波成像观测实验

2009年1月5日02:00到06:00之间, 在河北省廊坊市韩村镇(39.4°N, 116.6°E)利用CCD气辉成像技术开展了我国首次中层顶大气重力波观测实验. 结果显示, 当日03:00到05:00点之间, 观测到了丰富的、明显的准单色大气重力波水平二维活动. 初步分析了3个大气重力波个例, 得到它们的水平波长、观测水平相速度、水平传播方位角和观测周期分别约为(12.3 km, 41 m/s, 327°, 5 min), (25 km, 35 m/s, 68°, 12 min)和(10 km, 48 m/s, 341°, 3.5 min).     

中层大气臭氧的地面毫米波观测

近年来极区臭氧空洞的发现迫使人们去探测大气臭氧长期的变化趋势。已经使用许多实验技术来测量臭氧的总含量或垂直分布,对中层大气臭氧的地面毫米波观测则是射电天文学成就的延伸。该方法可以提供差不多全天候24h的连续观测数据,可以分析几分钟、几小时以至几年时间尺度内的变化。这里所提出的是在名古屋用地面毫米波观测技术所得到的中层大气臭氧的周日变化与垂直分布的初步结果。     

中性大气折射误差及对VLBI基线测量的影响

考虑到大气中不同的组成成分,在射电天文观测中,特别是在低地平高度角观测中,一般把中性大气折射延迟分为“干”、“湿”两部分,并分别构成映射函数解算天顶延迟.中性大气折射的误差按其物理性质来划分可以包括3个因素:大气物理模型与真实大气的偏差;在确定的大气物理模型下映射函数的模型误差;观测站地面气象参数的测量误差及其随时间的漂移.气象条件通常包括地面总气压p_0,湿分压e_0,温度T_0,垂直温度梯度β,对流层顶高度等H_t.理论计算表明,最近由作者提出的UNSW931映射函数与所选用的大气物理规范下“真实”映射函数的偏差可以忽略.本文将主要讨论第3种因素的影响.就UNSW931模型而言,由气象参数的测量误差以及气象条件的变化所引起大气延迟的附加改正△_τ_D_i可以写为.式中△D_i(i=1,2,3,4)是气象参数p的误差△_p引起的△D_i的改变,τ~z为天项方向的大气延迟.τ~z的典型值为2.4m左右.气象参数p的误差△_p在5°地平高度最大可产生相当于150ps的延迟误差,远大于VLBI记录群延迟约30ps的随机噪声误差.这一误差将影响到对VLBI台站坐标和VLBI基线的估算.     

地球自转运动与大气、海洋活动

地球自转运动（自转速率变化和地极运动）表征着地球的整体运动状态以及固体地球与大气和海洋各种时空尺度上的相互作用过程,它们在维持总角动量守恒的条件下,,构成了复杂的地球动力学系统,近代空间大地测量技术的应用和发展大大促进了地球自转与大气和海洋活动相互作用的研究。着重综述地球自转运动与大气和海洋活动以及热带海气相互作用方面的研究进展,并展望未来理论研究的课题和方法。     

强迫布鲁塞尔振子奇怪吸引子的Kolmogorov容量和Lyapunov维数

相空间流形的维数是混沌运动的重要特征量,柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)容量d_c是一种最直观的维数。强迫布鲁塞尔振子     

符号空间中子位移的测度熵与维数

1 定义与结论随着分形几何和动力系统的深入发展,符号动力学已成为研究浑沌和分形的一个有力工具,进一步讨论符号空间的有关分形特征是有用的.本文将给出符号空间中子位移的测度熵与维数的关系,证明Bowen的维数公式在非Markov结构下成立,从而得到关于维数的不变原理.设E={1,…,N},其中N≥2,赋与E以离散拓扑,设积空间∑_N=∏_i~∞=_1E,称∑_N为 n个符号组成的符号空间,它是一个紧致的可度量化空间.设P=(P_1,P_2,…,P_N)满足0相似文献   

心脏电活动过程的非线性分析

非线性科学是国内外科学研究中的热点, 其研究涉及确定性和随机性、有序和无序、简单性和复杂性等范畴和概念上的认识与深化, 对于整个自然科学, 包括生命科学的发展都有着重大的影响. 生命体是自然界中最复杂的非线性系统之一. 非线性系统的一种极为重要的运动形态就是混沌, 它研究的是自然界非线性过程内在随机性所具有的特殊规律性. 而与混沌密切相关的分形是指一类极其零碎而复杂、但有其自相似性或自仿射性的体系, 混沌中的混沌吸引子就存在着无穷嵌套的自相似几何结构. 近20多年来, 国内外研究人员对生命循环系统的核心部分——心脏电活动的非线性特性做了深入的研究. 除了用关联维数、李雅普诺夫指数和柯氏熵等对心电信号(HRV, ECG)进行分析, 以及用多重分形谱面积特性参数对ECG信号进行分析并取得重要的进展外, 最近在短时HRV和高频心电信号数据的非线性参数的探索上也得到了满意的结果, 在临床观察疗效和早期诊断等方面具有广泛而重要的应用价值. 本文评述了心电信号非线性特性分析的现状和进展, 指出了以某些适用于短数据的非线性敏感特征量及其估计算法, 用于生理系统的动态过程和临床有效性研究是今后值得关注的研究方向.     

非定常外源强迫下大尺度大气方程组解的性质

在设计长期天气和气候数值预报模式之前,必须了解大气系统演变的长期行为.这是数值试验所无法回答和解决的问题,需进行一些基础理论的研究.丑纪范首先讨论了定常外源强迫下,n维空间中非线性大气系统向外源适应的问题.之后,又把结果推广到无穷维Hilbert空间.对于实际大气系统,外源强迫是非定常的,在这种情形其结果是否成立,这就是本文所主要讨论的问题.     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

武汉上空中层顶附近大气环流的流星雷达观测

利用2002年2~9月流星雷达的观测, 分析了武汉上空中层顶附近大气环流的特征. 在80 ~ 100 km高度范围内, 冬季纬向环流以西风为主, 在冬季环流向夏季环流转变的过程中, 3月到5月上旬中层顶附近出现纬向东风环流, 但在观测高度内, 5月中旬以后纬向环流基本上为西风. 经向环流主要吹向赤道, 峰值随时间向下移动, 7月份峰值达21 ms^-1. 将每月的平均风与HWM93模式进行比较, 观测得到的北风的值、西风的最大值以及西风转向高度等都明显与HWM93模式不同.