周期性空间驱动下的复杂斑图

采用耦合的反应扩散系统,研究了周期性空间驱动下的图灵模之间的作用以及时空斑图的形成机理.研究发现,通过空间周期性外界驱动,可以引入一个新的图灵模,该模式和系统本征模之间相互作用,可以形成空间上更为复杂的斑图,例如超黑眼斑图和超白眼斑图.此外,结果表明外界驱动的驱动强度也可以改变新斑图的类型.     

图灵-霍普夫切空间2种失稳模的竞争

利用电荷传输方程研究了图灵-霍普夫切空间的二维斑图动力学.研究发现,在该空间存在图灵模与霍普夫模的竞争现象.通过分析斑图的时空特性研究了竞争过程中图灵模与霍普夫模的主导作用.模拟结果表明,在切空间附近,微扰的大小也影响竞争的结果.     

耦合反应扩散体系中的超点阵斑图

采用双层耦合的布鲁塞尔(Brusselator)模型研究了超点阵斑图的形成机制.理论分析和数值模拟结果表明,只有在具有较短波长图灵模的系统中才能产生超点阵斑图.将不同类型的斑图进行耦合,得到了超六边形斑图和黑眼斑图等超点阵斑图.本工作还在反应扩散系统中首次得到了长方形斑图.     

带有交叉扩散项的反应扩散系统的Turing不稳定性

通过研究含有Lotka-Volterra捕食和被捕食动力学行为的反应扩散方程的交叉扩散项来解释斑图的形成机制.借此来说明能导致部分斑图出现的交叉耗散项在失稳机制中的重要性.在稳定区域的附近采用弱非线性分析方法来研究斑图的振幅,得到其Stuart-Landau规范型振幅方程.最后,当斑图作为行波的波前侵入区域时,可以得到Ginzburg-Landau规范型振幅方程,这一方程常常用来研究波的形状和波速.     

不同图灵模作用的几种斑图

采用双层耦合的CIMA模型,研究了不同图灵模相互作用时斑图的选择、形成机制.结果表明:当2个子系统分别处在超临界和次临界分岔点附近时,超临界图灵模和次临界图灵模相互作用产生耦合,得到六边形和超六边斑图;当2个子系统激发的图灵模均为超临界模时,二者之间不发生耦合,每个子系统各自形成简单的条纹斑图;当2个子系统激发的图灵模均为次临界模时,2个模产生相互作用,系统最终选择完全相同的"豆角"斑图.此外,图灵模的分岔类型还改变斑图的空间对称性.     

超点阵斑图研究进展

概括了几种斑图系统包括Faraday系统、铁磁流体动力学系统、对流系统、反应扩散系统及非线性光学系统中超点阵斑图的研究进展。介绍了本研究小组在介质阻挡放电系统得到的4种超点阵斑图及其时空动力学特性,对超点阵斑图研究进行了总结与展望。     

一类捕食食饵系统中交叉扩散诱导的图灵不稳和斑图

研究了一类具有交叉扩散的捕食食饵模型的斑图形成.证明了交叉扩散破坏了正平衡点的稳定性,得到了交叉扩散导致不稳的条件.另外,数值模拟结果不仅支持了该理论,还显示模型具有复杂的空间斑图:条状斑图、点状斑图以及点条混合斑图.研究结果表明交叉扩散在斑图的形成中起着重要的作用.     

一类具有扩散效应的生物数学模型的斑图

本文讨论了一类具扩散项的传染病生态模型的空间斑图动力学问题。利用线性稳定性理论确定Turing不稳定和Hopf分支发生的条件,得到了Turing斑图的存在区域。通过数值模拟,得到了不同类型的Turing斑图,比如点状斑图、条状斑图以及点条混合斑图。结果表明疾病接触率对空间斑图的形成具有重要影响,这帮助我们更好的理解在真实环境中传染病的动力学过程。     

水平来流对Rayleigh—Benard对流斑图的影响

通过流体力学基本方程的数值模拟,研究了二维矩形腔体中水平来流对Rayleigh-Benard对流斑图的影响.在水平流动的参数U=0时获得了两种波数的定常对流斑图;当来流参数U=2.982时获得了行进波对流斑图;在来流参数U=17时,发现了一种局部行进波斑图.文中还讨论了这些对流斑图的动力学特性.     

相对论强激光在等离子体中传输的成丝不稳定性和斑图动力学

基于考虑了相对论效应及有质动力作用的非线性薛定谔方程,本文从理论及数值上研究了相对论激光在等离子体中传输的成丝不稳定性及斑图动力学,研究表明相对论效应及有质动力作用会破坏强激光传输的相干性,在调制不稳定性作用下,非相干光波发展成为复杂的空间斑图.物理上,这些复杂斑图的产生是由短波长模中的能量增长及无规分配所引起的.     

复杂网络上的同步斑图

作为非线性时空系统中特有的现象,动力学斑图受到不同研究领域人们的共同关注.近年来,受网络科学发展的影响,人们对复杂网络中的各种集体动力学行为进行了深入研究,并在此过程中认识到网络结构对网络动力学的重要影响.因时空斑图是众多复杂系统实现其功能的动力学基础,又因复杂网络结构在现实复杂系统中普遍存在,故复杂网络中的斑图行为受到人们的关注.然而,受技术和方法的限制,目前人们对复杂网络中的斑图行为研究甚少.本文以全同混沌振子组成的耦合复杂网络为例,简要介绍了近年来人们在复杂网络同步斑图研究中所取得的一些进展,包括同步斑图的动力学特征、网络对称性对同步斑图的影响、同步斑图的稳定性分析理论以及同步斑图的控制方法等.同时,文中还将围绕现实复杂网络中遇到的一些具体问题,就目前复杂网络同步斑图研究中所存在的问题和面临的挑战进行简单的讨论.     

三维斑图形成的格子Boltzmann方法模拟

该文给出了模拟三维反应-扩散方程组的格子Boltzmann方法的Lattice Bhatnagar Gross Krook（简记LBGK）模型D3Q7.并用该模型模拟了氯—碘—丙二酸反应动力学模型中的图灵斑图和螺旋波斑图的形成.     

双层Lengyel-Epstein模型不同耦合形式下的图灵斑图

采用双层Lengyel-Epstein模型研究了2个子系统在不同耦合形式下斑图的形成机制。研究3种不同波数比的条件下,耦合形式和耦合强度对斑图的形成的重要作用。当波数比为1时,2个子系统会出现相同的简单斑图(如简单六边形、四边形和条纹斑图),耦合形式和耦合系数的改变未对斑图的形成产生影响;当波数比大于1时,短波系统出现种类丰富的复杂斑图。由于图灵模间发生共振耦合:线性耦合系统出现白眼超六边和类蜂窝斑图,非线性耦合系统选择环状超六边和白眼等复杂超点阵斑图。另外,2种耦合形式图灵模产生共振所需的耦合强度不同。     

一类具有产毒浮游植物的交叉扩散浮游生物模型的图灵斑图

针对浮游生物生态系统中交叉扩散对该系统动力学行为的影响,采用线性化及微分方程定性理论的方法研究了系统正平衡点的稳定性及图灵不稳定性发生的条件。研究结果表明交叉扩散是导致图灵斑图产生的重要因素。数值模拟也验证了理论结果。     

介质阻挡放电斑图动力学研究进展

介质阻挡放电斑图动力学是一门新兴的交叉学科,对它的研究已经引起了人们广泛的关注．介质阻挡放电中复杂的非线性过程以及系统经历的高级动力学分叉过程使得系统可呈现出丰富的时空斑图与时空对称性破缺．因此介质阻挡放电成为研究斑图动力学的一个新的系统,它为目前实验室斑图动力学的研究注入了新的内容．文中对介质阻挡放电的应用研究与应用基础研究作了简要的介绍,着重介绍了介质阻挡放电斑图动力学的研究进展,并对这一领域的研究进行了展望．     

介质阻挡放电中D_(2h)超点阵斑图的研究

在介质阻挡放电系统中,首次观察到一个由六边形点阵和四边形点阵嵌套而成的D_(2h)超点阵斑图.采用高速照相机(ICCD)研究了D_(2h)超点阵斑图的时空动力学结构,分析可知:D_(2h)超点阵斑图是由六边形子点阵、晕和四边形子点阵相互嵌套而成,且在每个外加电压半周期内子点阵的放电顺序依次为:六边形子点阵、晕、四边形子点阵.通过分析演化过程中出现的一系列斑图,发现对称性的演化顺序为:D_(4h)-D_(4h)和D_(6h)的混合态-D_(2h)-D_(2h),演化过程中斑图的对称性逐渐降低.通过分析子结构的对称性发现六边形子点阵、晕和四边形子点阵均属于D_(2h)点群.利用发射光谱法采集了氮分子(N_2)第二正带系(C~3∏_u→B~3∏_g)的发射谱线和氩原子696.57 nm (2P_2→1S_5)处的发射谱线,并计算得到了D_(2h)超点阵斑图中不同子结构的分子振动温度和电子密度.结果显示3套不同子结构的分子振动温度和电子密度相近,由此表明3套不同子结构的等离子体状态基本相同.最后,用壁电荷理论对斑图的形成进行分析.     

带有时滞和非线性收获效应的捕食者-食饵系统的空间动力学

考虑一类带有时滞和非线性食饵收获效应的捕食者\|食饵系统的空间动力学行为, 先利用稳定性理论和分支理论得到Hopf分支和Turing分支的条件, 再通过数值模拟展示系统存在丰富的动力学行为. 数值结果表明, 时滞和扩散不仅能影响点状、 条状以及点条共存的Turing斑图的形成, 而且还影响螺旋波斑图的形成.     

具Holling-Ⅳ功能反应项的分数阶捕食模型的定性分析及斑图动力学

斑图动力学是当代非线性分析领域的主要研究方向之一,非线性捕食-食饵模型的动力学行为成为其研究热点。主要研究了一类分数阶扩散的捕食系统：首先建立起系统的行波解的存在性并给出系统发生Hopf分岔的条件;其次利用分数阶微分方程的定性理论和Hopf分岔理论讨论了系统局部稳定、全局稳定以及图灵分岔发生的条件;最后利用Matlab软件进行数值模拟得到了系统的空间斑图。     

具有非线性收获效应的捕食者-食饵系统的空间Turing斑图

研究了一类带有非线性食饵收获效应的捕食者-食饵系统的Turing斑图的生成及选择问题.首先利用稳定性理论给出了由交叉扩散项引起的Turing不稳定条件和分支理论分析得到了系统Turing斑图的存在区域,然后运用多重尺度分析法推导了系统的振幅方程,给出了Turing斑图的选择结果.最后利用Matlab软件对系统Turing斑图的生成和选择结果进行了数值模拟.结果展示了系统有丰富的Turing斑图,如点状、条状以及二者共存.     

一类时空离散捕食系统的混沌与斑图转变

探讨了一类时空离散Leslie-Gower型捕食系统的复杂时空动力学行为.运用分岔定理分析了该系统在不动点附近发生倍周期分岔、Neimark-Sacker分岔和图灵分岔的条件.通过分岔图和最大李雅普诺夫指数展示了系统的分岔过程，借助空间振幅和时空发展的变化揭示了由分岔引发混沌路径上的斑图转变规律.结果表明：在倍周期分岔引发的混沌路径上，斑图呈现类似的周期加倍级联过程，系统经历了从冻结混沌到缺陷湍流的变化；在Neimark-Sacker分岔引发的混沌路径上，斑图以环状和螺旋波状为主，在周期和拟周期吸引子上经图灵失稳形成的斑图仍会呈现有序的时空带状结构，在混沌吸引子上形成的斑图虽然呈现无序的空间振幅变化，但在时空发展变化中会呈现某种整体有序局部混乱的湍流状态.