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利用传递熵对Lorenz系统和Walker环流信息传输方向的分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2013.6
  • 页码:-
  • 分类:O415.5[理学—理论物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]兰州大学大气科学学院,兰州730000, [2]国家气候中心,北京100081
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:41175067,41205040); 国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB430204,2012CB955902); 公益性行业专项(批准号:GYHY201106016)~~
  • 相关项目:基于气候复杂网络的中国东部极端降水与夏季雨带分布研究
中文摘要:

基于传递熵方法,分析Lorenz系统x,y,z三个分量之间的信息传输方向,并应用温差与垂直速度的再分析资料对Walker环流进行分析.研究结果表明:1)对于Lorenz系统而言,x与y分量之间,y是信息源,x是信息汇;y与z之间,y是信息源,z是信息汇;x与z分量之间的信息传递方向依赖于控制参数r;且净信息传输的方向不随初值不同而改变;2)在西太平洋地区,温差对垂直速度的净信息输送占主导地位,而赤道东太平洋地区则为垂直速度对温差的净信息输送占主导地位,这与Walker环流物理机制是一致的,且海陆热力差异对温差与垂直速度之间的信息输送影响较大;3)冬季是温差与垂直速度之间的信息输送最强季节,夏季和秋季次之,春季最弱,这可能是存在春季预报障碍的原因之一.以上结果表明,传递熵在气象领域有广阔的应用前景,是测量动力学系统信息传递方向的一种有效方法和工具.

英文摘要:

By the transfer entropy method, in this article we analyze the transfer of information between x, y, z component of Lorenz system and Walker circulation with temperature difference and vertical velocity. It is found that y is the information source and x is the information sink between x and y component of Lorenz system, also y is the information source and z is the information sink between x and z component. But the direction of information transfer depends on the control parameter r between x and z component, even if the direction of information transfer between x, y and z component of Lorenz system does not vary when the initial value changes. In western Pacific, the information transfers from the temperature difference to the vertical velocity, while the information transfers from the vertical velocity to the temperature difference in the eastern equatorial Pacific, which is consistent with the physical mechanism of Walker circulation. And land-sea thermal plays an important role in the information transfer between temperature difference and vertical velocity. In winter, the information transfer between temperature difference and vertical velocity is strongest, in summer and autumn it is weaker, and in spring it is weakest, which may be the reasons of spring predictability barrier. These results suggest that transfer entropy is proved to be an effective method and tool of measuring the transfer direction of the kinetic system information, and has broad application prospects in the field of meteorology.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876