集合预报物理基础的探讨

将集合预报中的每次积分算程视为非平衡统计物理理论中的准粒子轨迹，由此对Lorenz模型 进行了数值试验，计算了初值位于不同性质平衡态附近时准粒子数处于基态和第一激发态随 时间的演化.结果证明：(1)若动力系统在整个相空间内存在稳定的平衡态，在稳定的平衡态 附近，系统随时间长期演化行为是可预测的.(2)若动力系统在整个相空间内不存在任何稳定 的平衡态，初值位于远离非稳定的平衡态，则在1—2周内准粒子多数分布在低能量态，即预 报是最可几率的.(3)若初始状态位于非稳定平衡态附近，系统随时间的演化几乎是不可预测 的.这从理论上说明了作大量积分算程的集合预报其效果会比单一初值的单程积分要好.这就 从物理上对集合预报能提高准确率提供了一种解释. 关键词： 集合预报 Lorenz模型 正则分布 概率密度分布     

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.     

气象领域极端事件的长程相关性

利用固定阈值法研究了Lorenz系统极端事件序列的长程相关性特征.研究结果表明：不同阈值标定的极端事件序列具有长程相关性,且标度指数α比较接近,但都比Lorenz系统略小.不同的初值对极端事件序列的长程相关性影响不大,即对初值不敏感性,但Lorenz系统的长程相关性随着控制参数的增大而明显减弱.通过与高斯白噪声序列对比研究发现,Lorenz系统极端事件序列具有较好的记忆性特征.最后采用国家气候中心194个测站1957年—2004年日最高气温观测资料进行分析,揭示了实际气象要素中存在类似的规律. 关键词： Lorenz系统 极端事件 长程相关性 记忆性     

干扰信号对两种混沌加密系统的影响及分析

通过加入高斯白噪声干扰，对Lorenz和Liu两种混沌加密系统进行噪声干扰的分析和计算.结果表明：Liu混沌系统抗噪声干扰能力好于Lorenz混沌系统，连续信源的抗干扰能力好于离散信源的抗干扰能力. 关键词： Lorenz系统 Liu系统 抗干扰性 信噪比     

强迫Lorenz系统的可预报性研究

根据非线性局部Lyapunov指数方法,分别以常数强迫Lorenz系统和准周期强迫Lorenz系统为例,研究了在外强迫存在的条件下混沌系统可预报性的改变.结果表明:外强迫会影响混沌系统的可预报性,两种不同类型的强迫Lorenz系统的可预报期限都随着外强迫的增强而增加,但是大小相等方向相反的外强迫对系统可预报性的影响不同,其中正值强迫比负值强迫作用下的可预报期限更长,并且这种差异随着强度的增加而增大;不同形式的外强迫对可预报性的影响也不同,常数强迫的影响主要体现在误差增长的线性阶段,准周期强迫的影响除了线性阶段还必须考虑到非线性阶段;当强度相等的常数强迫和准周期强迫驱动Lorenz系统时,常数强迫作用下的系统可预报性更高.本文基于混沌理论模型的研究,对于实际大气的可预报性研究具有一定的启示意义.     

耦合哈密顿系统中测度同步的研究

测度同步现象是耦合哈密顿系统的一种重要性质.对规则系统和混沌系统的测度同步性 质作了深入研究，重点讨论了耦合哈密顿系统处于混沌状态时，系统测度同步的特点及系统 的相位关系.提出了一种定量判断测度同步的简单方法，考虑了高斯白噪声对系统中测度同 步性质的影响. 关键词： 耦合哈密顿系统 测度同步 相锁定 高斯白噪声     

非高斯噪声激励下FitzHugh-Nagumo神经元系统的随机共振

研究了乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励下FitzHugh-Nagumo(FHN) 神经元系统的随机共振问题. 利用路径积分法和两态模型理论, 推导出系统信噪比的表达式. 研究结果表明: 系统参数在不同的取值条件下, FHN神经元模型出现了随机共振和双重随机共振现象. 此外, 非高斯参数q在不同的取值条件下, 乘性噪声强度和加性噪声强度对信噪比的影响是不同的. 非高斯噪声的加入有利于增强FHN神经元系统的信号响应.     

基于延伸期可预报性的集合预报方法和数值试验

集合预报是考虑初始条件和模式不确定性的有效途径. 结合延伸期可预报性特征,对具有不同特性的可预报分量和随机分量采用不同的集合预报方案和策略,发展了一种基于延伸期可预报性的集合预报新方法(PBEP).该方法以延伸期数值预报模式为平台,对可预报分量采用多个模式误差订正方案,从考虑模式不确定性的角度进行集合;而对随机分量则利用历史资料从气候概率的角度给出集合概率分布,避免模式误差对随机分量概率分布的影响.试验结果表明,相比于国家气候中心的业务动力延伸集合预报系统,该集合预报方法对全球各区域环流预报技巧均有提高,对不同空间尺度的波也有不同程度的改进,显示出潜在的业务应用前景.     

高斯白噪声对神经元二维映射模型动力学的影响

从神经元二维映射模型出发，用高斯白噪声模拟了神经元的噪声环境，进而研究了高斯白噪声对参数空间相图的影响.研究发现，噪声可以提高系统的可兴奋性.通过数值模拟研究了噪声引起的相干共振现象.结果表明，只有当系统参数选取在静息区域且接近连续点火和静息状态分界线时才可以得到相干共振现象. 关键词： 高斯白噪声 神经元二维映射模型 相图 相干共振     

色噪声驱动的非对称双稳系统的平均首次穿越时间

研究了由关联乘性色噪声及加性白噪声驱动的非对称双稳系统中势阱的非对称性及噪声对系统两个方向平均首次穿越时间的影响. 首先利用一致有色噪声近似推导了系统的稳态概率密度的表达式，根据最速下降法推导了平均首次穿越时间的表达式. 数值结果表明：势阱的非对称性对两个方向的平均首次穿越时间的影响是不同的；由于噪声的关联性，即使对于关联乘性色噪声及加性白噪声驱动的对称双稳系统，两个方向的平均首次穿越时间也不再相等；在lnT₊-r和lnT_{-关键词： 平均首次穿越时间 非对称双稳系统 乘性色噪声 加性白噪声}     

Two Stochastic Resonances Induced by Two Different Multiplicative Telegraphic Noises for an Electric System

In this paper, an electric system with two dichotomous resistors is investigated. It is shown that this system can display two stochastic resonances, which are the amplitude of the periodic response as the functions of the two dichotomous resistors strengthes respectively. In the limits of Gaussian white noise and shot white noise (i.e., the two noises are both Gaussian white noise or shot white noise), no phenomena of resonance appear. By further study, we find that when the system is with three or more multiplicative telegraphic noises, there are three or more stochastic resonances.     

混沌系统可预报期限随初始误差变化规律研究

利用非线性误差增长理论计算了Logistic映射和Lorenz系统可预报期限随初始误差的变化,发现Logistic映射等简单混沌系统的可预报期限与初始误差的对数存在线性关系.在非线性误差增长理论的框架下,理论分析表明,平均误差增长达到一定值时,误差增长进入明显的非线性增长阶段,最终达到饱和;对于一个确定的混沌系统,在控制参数固定的情况下误差增长的饱和值也是固定的,因此可预报期限只依赖于初始误差. 在可预报期限与初始误差对数存在的线性函数关系式中,线性系数与最大Lyapunov指数有关,在已知混沌系统的最大 关键词： 非线性局部Lyapunov指数 可预报期限 初始误差 混沌系统     

Riddling and chaotic synchronization of coupled piecewise-linear Lorenz maps

We investigate the parametric evolution of riddled basins related to synchronization of chaos in two coupled piecewise-linear Lorenz maps. Riddling means that the basin of the synchronized attractor is shown to be riddled with holes belonging to another basin in an arbitrarily fine scale, which has serious consequences on the predictability of the final state for such a coupled system. We found that there are wide parameter intervals for which two piecewise-linear Lorenz maps exhibit riddled basins (globally or locally), which indicates that there are riddled basins in coupled Lorenz equations, as previously suggested by numerical experiments. The use of piecewise-linear maps makes it possible to prove rigorously the mathematical requirements for the existence of riddled basins.     

Synchronization of chaotic modulated time delay networks in presence of noise

We study the constructive role of noises in a Lorenz system with functional delay. The effect of delay can change the dynamics of the system to a chaotic one from its steady state. Induced synchronization with white and colored (red and green) noises are observed between two identical uncoupled systems and enhancement of synchrony is also observed with unidirectional coupling. We investigate both the phenomena in a globally coupled network in the presence of white and color noises.     

Flux in the Case of Gaussian White Noises

The transport of a spatially periodic system driven by additive and multiplicative Gaussian white noises (between which there is a correlation function) is investigated. The probability current (flux) shows .that the correlation function between the additive and multiplicative noises, and the spatial asymmetry are ingredients for the flux of particles. It is a new phenomenon that the correlation function between the additive and multiplicative noises can cause transport.     

Fractional Gaussian noise-induced evolution and transition in anti-tumor model

Noise induced evolution and transition in an anti-tumor model under immune surveillance are investigated in the presence of additive fractional Gaussian noises. Unlike white Gaussian noise, the Hurst exponent of noise plays a constructive role in the evolution. The noise can also induce the transition. As the noise intensity increases, the noises induced the transition from two states to one state for antipersistent case, whereas the curve always presents a bimodal structure and only the heights of their peaks changed for the persistent case.     

中国旱涝极端事件前兆信号及可预测性研究

基于百分位,研究了Lorenz系统极端事件的前兆信号分布特征及可预测性;利用前兆信号及接收器算子特征曲线(receiver operator characteristic curve,ROC曲线)对中国旱涝极端事件可预测性进行研究,得到了极端事件的可预测效果与序列的自相关性、极端事件的极端程度之间的关系.研究表明,无论是Lorenz系统分量序列还是Palmer干旱指数序列(Palmer drought severity index, PDSI),存在极端事件的可预测性随极端程度增强而增加的现象.同时对各区域极端旱涝事件前兆信号及可预测性进行分析,为中国旱涝极端事件的预测提供一定科学依据. 关键词： 极端事件 前兆信号 可预测性     

相干检测定向系统探测误差研究

分析了探测系统中存在的高斯白噪音和激光器相位噪音的统计特性,研究它们对探测系统性能的影响.计算结果表明只要维持足够低的激光器相位噪音就能实现高准确度的光束定向.