非线性大气动力学的进展

总结了自新中国成立以来中国科学院大气物理研究所在非线性大气动力学领域的进展,其中主要介绍了在非线性适应过程、非线性稳定与不稳定、全局分析理论、可预报性、低阶谱方法与多平衡态动力学、非线性波动、波流相互作用、阻塞高压非线性动力学、中小尺度非线性动力学等几个方面的研究成果及最新进展。

控制与本质非线性问题

回顾了控制理论的发展,并讨论了线性系统、单平衡位置系统的本质特征.重点介绍了多平衡点非线性系统的本质非线性特征,复杂多彩的动态特性,包括自振、混沌、同宿轨、异宿轨,特别是讨论了高阶系统的复杂性.进一步讨论了控制介入到本质非线性系统后可能的发展前景与挑战.

系统动态性能的多样性分析与控制——后绝对稳定性研究

控制理论长期以来将控制目的主要集中于系统平衡位置稳定性和设计控制器以保证对系统进行镇定上 ,已不能符合控制系统当今的实际要求 .首先介绍了区别于单平衡位置稳定性的其它动态性能 ,包括系统中过程的有界性 (Lagrange稳定性 )、双态性、类梯度性以及刻画不产生平衡位置过渡的Bakaev稳定性 ,及如何运用频域手段和线性矩阵不等式 (LMI)来实现对它们的控制 .其次介绍了高阶系统中周期过程 (自振与强迫振动 )的分析与控制 ,再次介绍了与奇怪吸引子相关的Hausdorff维数与Lyapunov指数的估计和与混沌相关的研究 ,最后给出了一个结论 .

大气动力学方程组的定性理论及其应用

基于完整的湿大气动力学方程组，利用无穷维动力系统的新理论和新方法，系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Ｈｉｌｂｅｒｔ空间中一个等价的算子方程，研究了算子的性质及其物理意义，在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理，揭示出系统向外源的非线性适应特征，并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在，大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上，提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法，探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用，指出描述长期过程动力学模式的必备条件，给出初值与模式相协调的合理解释。最后，对今后的研究方向作了展望。