基于Lorenz映射的混沌系统分支变换预报规律研究

尽管Lorenz系统具有混沌和非周期性质, 但其分支变换是可预报的.本文以强迫Lorenz系统为数学模型, 基于Lorenz映射, 研究了混沌系统分支变换的预报规律, 将原有关于分支开始变换条件和新分支持续时间的两条一般规律扩展到了3条, 并首次分析了系统当前状态达到变换条件所需时间的预报规律, 从而为预报混沌系统非周期演变提供了另一途径.结果表明: 映射尖点位置为分支变换的临界值, 当变量z超过相应临界值时, 系统在当前分支的运动即将结束, 下一循环将跳跃到另一分支运动; 系统在同一分支循环的次数随极值z_max单调减小, z_max 越小, 达到变换条件需循环的次数越多; 系统在新分支持续的时间是先前分支最大极值z_M 的单调增加函数, z_M越大, 持续时间增加的幅度也越大.此外, 外强迫影响着混沌系统分支变换的预报规律, 其不但使正负分支的变换条件出现差异, 且与新分支持续时间的增加速率和达到变换条件所需时间的递减速率密切相关. 关键词： Lorenz映射 分支变换 外强迫 预报规律     

外强迫对Lorenz系统初值可预报性的影响

利用强迫Lorenz模型, 研究了外强迫对Lorenz系统混沌性质、 映射结构及初值可预报性的影响, 并以海表温度为大气运动的外强迫, 用实际大气海洋资料分析了外强迫对大气可预报性的影响. 结果发现, 系统混沌现象的出现与外强迫有关, 外强迫改变了Lorenz系统的运动规律, 使围绕两奇怪吸引子运动的随机性减少. 考虑外强迫后, 系统运动轨迹的概率密度函数呈不对称的双峰结构, 且Lorenz映射由无外强迫时的一个尖点分离为两个尖点, 尖点的偏离方向和偏离位置分别与外强迫的正负和大小有关. 外强迫可减小Lorenz系统对初值的敏感性, 提高系统的初值可预报性, 尤其是外强迫越大, 可预报性提高的幅度也越大. 这些结果在不同强度海表温度强迫下的实际大气可预报性分析中得到了证实, 即海温异常越大, 实际大气变量的可预报性也越大.     

Iterative and adjusting method for computing stream function and velocity potential in limited domains and convergence analysis

The stream function and the velocity potential can be easily computed by solving the Poisson equations in a unique way for the global domain.Because of the various assumptions for handling the boundary conditions,the solution is not unique when a limited domain is concerned.Therefore,it is very important to reduce or eliminate the effects caused by the uncertain boundary condition.In this paper,an iterative and adjusting method based on the Endlich iteration method is presented to compute the stream function and the velocity potential in limited domains.This method does not need an explicitly specifying boundary condition when used to obtain the effective solution,and it is proved to be successful in decomposing and reconstructing the horizontal wind field with very small errors.The convergence of the method depends on the relative value for the distances of grids in two different directions and the value of the adjusting factor.It is shown that applying the method in Arakawa grids and irregular domains can obtain the accurate vorticity and divergence and accurately decompose and reconstruct the original wind field.Hence,the iterative and adjusting method is accurate and reliable.     

有限区域求解流函数和速度势的迭代调整方法及其收敛性分析

全球区域求解流函数和速度势的解是唯一的,但有限区域内,由于受区域边界条件限制,流函数和速度势的计算以及风场的分解不是唯一的,减小或消除边界不确定对结果的影响是有限区域求解流函数和速度势以及分解风场最重要的问题．该文在Endlich迭代调整思想上,提出了能准确求解有限区域流函数和速度势且对边界条件要求较低的迭代调整方法．该方法也能准确地分解和重建风场,且风场重建的误差非常小．对该迭代方法的收敛性进行分析,发现其收敛性与不同方向网格的格距和调整系数有关．最后将该方法应用到Arakawa A-D网格和不规则区域,验证了该方法的可靠性．