發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 03:01

【摘要】：歷史氣候記錄表明,氣候系統(tǒng)常常會(huì)發(fā)生突變,其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境會(huì)帶來巨大的影響,因此,研究氣候突變的早期預(yù)警信號(hào)對(duì)于提前預(yù)警氣候突變十分重要,具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。已有的研究發(fā)現(xiàn),在一些存在臨界點(diǎn)的系統(tǒng)中,突變來臨前系統(tǒng)狀態(tài)變量的不對(duì)稱程度可能會(huì)發(fā)生改變,為此,國外學(xué)者提出利用定量地描述不對(duì)稱性的物理量-偏度和峰度-作為早期預(yù)警信號(hào)。本文通過系統(tǒng)地考察這兩種物理量在不同動(dòng)力系統(tǒng)中對(duì)突變的預(yù)警效果發(fā)現(xiàn),這兩種預(yù)警信號(hào)在部分模型中可能會(huì)失效。鑒于此,本文探討了利用另一種描述不對(duì)稱程度的參數(shù),即Box-Cox變換過程中的λ系數(shù),在突變的早期預(yù)警中的可行性�；谒膫�(gè)簡單折疊分岔模型的試驗(yàn),本文發(fā)現(xiàn)在偏度和峰度都失效的某一種情況下,λ系數(shù)可以起到很好的早期預(yù)警作用;而對(duì)于偏度、峰度和λ系數(shù)都能起到預(yù)警效果的情況下,就預(yù)警信號(hào)的數(shù)值變化幅度而言,λ系數(shù)明顯大于偏度、峰度,因此,本文提出的基于Box-Cox變換過程中的λ系數(shù)作為突變的一種早期預(yù)警指標(biāo)較偏度、峰度兩個(gè)物理量具有一定的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際觀測數(shù)據(jù)中,經(jīng)常遇到觀測誤差和缺測的情況,鑒于此,本文分別系統(tǒng)地研究了二者對(duì)于突變?cè)缙陬A(yù)警信號(hào)預(yù)警性能的影響,本文也研究了樣本量對(duì)于預(yù)警信號(hào)的影響。本文主要研究了信噪比為5分貝、10分貝和20分貝的高斯白噪聲對(duì)于預(yù)警信號(hào)的影響,研究結(jié)果表明,噪聲會(huì)減小預(yù)警信號(hào)的數(shù)值、縮短預(yù)警時(shí)間,且影響程度隨噪聲強(qiáng)度增大而增加,強(qiáng)噪聲甚至可能導(dǎo)致預(yù)警信號(hào)完全失效。而缺測在本文的所有試驗(yàn)中,幾乎都沒有影響,即使缺測量達(dá)到總樣本量的20%。通過對(duì)樣本量的影響研究發(fā)現(xiàn),本文計(jì)算預(yù)警信號(hào)使用的樣本量都足夠大,偏度、峰度、λ系數(shù)都有統(tǒng)計(jì)意義。在前三個(gè)模型中,三種預(yù)警信號(hào)對(duì)于樣本量的需求幾乎一致,而在第四個(gè)模型中,λ系數(shù)對(duì)于樣本量的需求小于偏度和峰度。三種預(yù)警信號(hào)在福布斯下降(FD)事件的觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用中,都提前四天左右開始表現(xiàn)出持續(xù)的變化趨勢(shì),即三者都可以起到預(yù)警作用。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P456
【圖文】：

第一章 緒論一種路徑是系統(tǒng)的控制變量穿過某一臨界閾值，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)快速從一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。另一種路徑是外強(qiáng)迫大小的增加，即當(dāng)外強(qiáng)迫的強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，可能使系統(tǒng)穿過兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間的吸引域邊界，突變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)。通過圖 1.1 簡單介紹這兩種突變路徑[27]。圖中橫坐標(biāo)表示環(huán)境變量，縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)狀態(tài)。實(shí)線為穩(wěn)定平衡態(tài)；虛線為不穩(wěn)定平衡態(tài)，也表示上下兩個(gè)穩(wěn)定平衡態(tài)之間的吸引域邊界�；疑^表示當(dāng)系統(tǒng)不在穩(wěn)定態(tài)時(shí)的移動(dòng)方向，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)處于虛線上的穩(wěn)定態(tài)，受到小擾動(dòng)時(shí)，會(huì)逐漸地遠(yuǎn)離虛線，而不是像實(shí)線那樣擁有吸引作用，因此被稱作不穩(wěn)定平衡態(tài)。這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)擁有兩個(gè)分岔點(diǎn)（臨界點(diǎn)），即點(diǎn) F1和點(diǎn) F2，典型的折疊突變模型。圖(a)展示了第一條路徑的突變，即系統(tǒng)控制變量穿過臨界點(diǎn)導(dǎo)致突變。圖(b)展示了第二條路徑的突變，即系統(tǒng)在控制變量不變時(shí)，受到較大強(qiáng)度的外強(qiáng)迫，穿過吸引域邊界發(fā)生突變。

第一章 緒論現(xiàn)出一些統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，如方差增大[35]。閃爍描述了在外強(qiáng)迫（隨機(jī)擾動(dòng)）非常大的環(huán)中，系統(tǒng)可能會(huì)在兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間來回切換的現(xiàn)象[31]。在這種大的隨機(jī)擾動(dòng)作用系統(tǒng)可能在遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)時(shí)就發(fā)生閃爍現(xiàn)象而沒有表現(xiàn)出臨界慢化現(xiàn)象，因此對(duì)于這種型的突變，一些基于 CSD 的預(yù)警信號(hào)可能會(huì)失效。

小球從小擾動(dòng)中恢復(fù)的速率較高。而靠近臨界點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)吸引域減小，小球從小擾動(dòng)中恢復(fù)的速率降低。圖1.3 展示了 CSD 在平穩(wěn)時(shí)間序列中的表現(xiàn)效果[36]。圖 1.3a 和圖 1.3b 分別展示兩個(gè)系統(tǒng)的折疊分岔圖，以描述系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，即穩(wěn)定狀態(tài)及臨界點(diǎn)。圖 1.3c 和圖 1.3d分別為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)間序列。以圖 1.3a 的系統(tǒng)（即 cell 1）為例，對(duì)比圖 1.3c 和圖1.3d 中描述 cell 1 的時(shí)間序列（即圖中上支曲線）。通過對(duì)比可以很明顯地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)受到相對(duì)相同強(qiáng)度的一個(gè)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)在遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)與靠近臨界點(diǎn)時(shí)，從小擾動(dòng)中恢復(fù)到平穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間是不相同的。遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)（圖 1.3c）時(shí)的恢復(fù)時(shí)間小于靠近臨界點(diǎn)（圖 1.3d）時(shí)的恢復(fù)時(shí)間，即系統(tǒng)靠近臨界點(diǎn)時(shí)，恢復(fù)速率降低。前人的工作通過模型數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)，依據(jù)上述兩種現(xiàn)象提出了許多統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，例如自相關(guān)系數(shù)增加、方差系數(shù)增加、能譜變化等，并將其用作預(yù)測臨界點(diǎn)來臨的早期預(yù)警信號(hào)。一方面根據(jù) CSD 現(xiàn)象，提出可以表現(xiàn)其特征的早期預(yù)警信號(hào)，例如 CSD 表(a)(b)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫東永;張洪波;黃強(qiáng);;滑動(dòng)移除重標(biāo)方差在動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)突變檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J];物理學(xué)報(bào);2014年20期

2 閆慧;李中軒;陳杰;;溫鹽環(huán)流對(duì)氣候突變的影響[J];許昌學(xué)院學(xué)報(bào);2011年05期

3 吳建國;周巧富;李艷;;中國生物多樣性保護(hù)適應(yīng)氣候變化的對(duì)策[J];中國人口.資源與環(huán)境;2011年S1期

4 何文平;何濤;成海英;張文;吳瓊;;基于近似熵的突變檢測新方法[J];物理學(xué)報(bào);2011年04期

5 何文平;鄧北勝;吳瓊;張文;成海英;;一種基于重標(biāo)極差方法的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)突變檢測新方法[J];物理學(xué)報(bào);2010年11期

6 Marten Scheffer;Jordi Bascompte;William A.Brock;Victor Brovkin;Stephen R.Carpenter;Vasilis Dakos;Hermann Held;Egbert H.van Nes;Max Rietkerk;George Sugihara;李迎春;閆偉;蔣長勝;;臨界轉(zhuǎn)換的早期預(yù)警信號(hào)[J];國際地震動(dòng)態(tài);2009年09期

7 吳文祥;胡瑩;周揚(yáng);;氣候突變與古文明衰落[J];古地理學(xué)報(bào);2009年04期

8 房蓮;周偉燦;;關(guān)于東亞夏季風(fēng)突變的機(jī)制研究[J];氣象與減災(zāi)研究;2009年02期

9 蔡忠建;;對(duì)描述性統(tǒng)計(jì)量的偏度和峰度應(yīng)用的研究[J];北京體育大學(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

10 李潮流;康世昌;;全球新仙女木事件的恢復(fù)及其觸發(fā)機(jī)制研究進(jìn)展[J];冰川凍土;2006年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 倪素蘭;行星際日冕物質(zhì)拋射引起福布斯下降的一維隨機(jī)微分模擬研究[D];南京信息工程大學(xué);2017年

2 劉群群;基于空間場的突變檢測方法及其在電離層TEC變化中的初步應(yīng)用[D];南京信息工程大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2803174