集合平均所构成的动力系统及其特性研究

摘要：

以Lorenz系统为例,推导出集合平均所定义的完整动力方程(均值方程),将初值的集合平均问题作为一个广义的动力系统问题来进行研究;对于双初值和多初值的均值方程,利用定性理论分析了其吸引中心的位置和个数,并使用数值试验进行了验证,结果表明平均值的吸引子的结构与原解的吸引子位置、数量和结构均有不同.对均值方程的特征矩阵分析表明,定点附近的稳定性与原方程相同,而且特征方程所对应的特征值也与原方程相同.均值方程对应的相流散度为负值且数值上与原系统相同,因此其在相空间中的体积收缩速度和原系统相同,最终趋向一个低纬曲面,均值方程的这个性质使得Lorenz系统的集合平均解趋于一个吸引子.均值方程可以保持原方程的耗散特性、吸引子特性,但稳定点位置和个数发生了变化,非定点处的Jacobian矩阵特征值与原系统也有不同.简而言之,一旦使用了集合平均方法,那么集合数值解并不是原系统的解,仅保持了原系统的部分特征,因而集合平均是否有效需要根据具体问题和其他外部限定条件才能确定.

关键词：Lorenz方程、集合平均、稳定性、Jacobian矩阵

所属期刊栏目：37

分类号：P435(动力气象学)

资助基金：国家自然科学基金资助项目41375112;国家重点基础研究发展计划项目2011CB309704;中国科学院超级计算重点应用示范项目

在线出版日期：2015-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：723-731