基于粒子滤波的一种改进的资料同化方法

针对在粒子数较少时传统的集合卡尔曼滤波和粒子滤波方法不能有效表征后验概率密度函数(PDF)的问题, 提出了一种改进的粒子滤波方法. 主要思想是在预测步之后引入更新步, 并且将观测时刻与非观测时刻的同化分析进行区别处理. 对典型的低维和高维混沌系统的仿真结果表明:改进粒子滤波方法是一种非常有效的估计非线性非高斯随机系统状态的方法.     

厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中参数估计的变分方法

提出一种基于变分原理估计厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中未知参数的方法. 首先将所研究的非线性海气耦合动力方程引入到目标泛函中; 接着利用变分方法导出伴随方程和待辨识参数泛函梯度的公式; 然后设计了估计未知参数的算法.数值试验结果表明变分方法是一 种能有效估计海气耦合非线性系统未知参数的方法.     

混沌系统平均初始误差增长饱和特性研究

在非线性误差增长理论框架下研究了混沌系统平均初始误差增长饱和特性 以及误差饱和值同系统可预报期限的关系.首先探索了Lorenz96系统中平均相对初始误差增长饱和规律, 发现平均相对初始误差增长饱和值同初始误差的自然对数存在简单的线性关系: 其二者自然对数之和为一常量,且该常量同初始误差无关.实验表明该结论对其他混沌系统也适用. 因此对给定混沌系统,在计算出和常数后可以外推得到任意固定初始误差的平均相对误差增长饱和值. 为进一步研究误差饱和值同可预报期限的关系,给出了平均绝对误差增长的定义. 理论分析表明混沌系统平均绝对误差增长也会达到饱和.其饱和值为常量, 与初始误差无关,混沌系统控制参数确定,饱和值就固定.依据上述研究, 最后给出一个定量计算可预报期限的模型T_p=1/∧ln(E_s/δ₀)+c, E_s为绝对误差增长饱和值.实验研究表明对于复杂的高阶混沌系统,该预报期限模型都能较好地适用.     

有限时间Lyapunov指数的高精度计算新方法

针对目前有限时间Lyapunov指数(FTLE)计算方法准确度不高和无法获得边界值的问题,基于对偶数理论提出了一种新的高精度计算方法.首先描述了基于有限空间差分方法计算FTLE的缺点和问题:其次介绍了基于对偶数理论的高精度导数计算方法及其显著优点,并将动力系统的柯西一格林形变张量计算问题转化为对偶数空间中非线性微分方程数值求解问题;最后对单摆和非线性Duffing振子两个典型物理动力系统进行了数值实验.结果表明:基于对偶数理论的新方法能有效、方便和高精度地计算出有限时间Lyapunov指数场,并成功识别出所包含的拉格朗日相关结构.     

一种基于复数域微分的资料同化新方法

提出了一种基于复数域微分的资料同化新方法. 针对变分资料同化中目标泛函梯度计算复杂和精度不高的问题, 首先利用复变量求导法把梯度分析过程转化为复变泛函的数值计算, 进而高效和高精度地获得梯度值; 然后结合经典的最优化方法, 给出了非线性物理系统资料同化问题的新求解算法; 最后对典型混沌系统和包含“开关”现象的单格点比湿发展方程进行了资料同化数值实验, 结果表明新方法能非常有效地估计出非线性动力预报模式的初始条件. 关键词： 资料同化 复数域微分 非线性物理系统 梯度分析     

季节因素对气候网络影响研究

气候网络在地球科学领域研究中是一个新的热点,对于分析和揭示气候场的特征及关联结构具有较强优势.已有气候网络的构建一般选取冬季月份的样本数据,而且在研究中忽略了其他季节月份对气候网络的影响.本文研究了季节因素对气候网络的影响,研究发现:气候网络在不同季节的整体特征参数基本保持稳定,但是网络社团结构以及局部节点拓扑连接随季节变化显著.可以利用这一结论来研究不同季节全球遥相关模态变化情况以及局部地区气候特征随季节变化情况.     

魔方矩阵的特征值分析

数值实验显示 :魔方矩阵的特征值除最大者为魔方值外 ,其余或为 0 ,或呈正负、共轭成对出现     

Variational principles for two kinds of extended Korteweg—de Vries equations

Variational principles are constructed using the semi-inverse method for two kinds of extended Korteweg—de Vries (KdV) equations, which can be regarded as simple models of the nonlinear oceanic internal waves and atmospheric long waves, respectively. The obtained variational principles have also been proved to be correct.     

块三对角线性方程组的一类二维区域分解并行不完全分解预条件

基于二维重叠区域分解,对每个子区域上局部不完全LU分解所得到的上、下三角因子分别进行组合,给出一类全局并行不完全分解型预条件.所给出的并行化方法适用于任何不完全LU分解型预条件.对采用二维区域分解与一维区域分解时所得并行预条件的并行计算性能进行分析比较.实验结果表明,提出的并行化方法普遍优于加性Schwarz并行化方法,且当处理器个数相对较多时采用二维区域分解优于一维区域分解.     

混沌系统模型误差平均绝对误差增长过程研究

混沌系统的平均绝对误差增长最初是用来刻画初始值误差增长的,本文依照平均绝对误差增长的定义来研究模型误差的增长过程,获得了一些很有意义的结论．研究发现,在初期模型误差的平均绝对误差增长呈指数级增长,增长指数同模型的扰动相关,与真实系统最大Lyapunov指数没有直接关系．其后模型误差进入非线性增长过程,误差增长放缓,最终达到饱和．误差饱和值恒定,当真实系统和模型系统吸引子差别较小时,模型误差饱和值基本上同真实系统的初始值误差饱和值相等．利用上述研究结论可以求出模型的可预报期限,这在数值天气预报中具有重要的意义．进而利用模型的可预报期限可以对同一真实系统的不同模型进行评价,相对真实系统越精确的模型拥有更高的可预报期限．这对新模型的开发具有很强的指导作用．