復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對中國溫度變化的研究.pdf

1、本文為分析溫度資料的動力學(xué)特征，依據(jù)粗粒化方法，將中國1961-2002年逐日平均溫度序列轉(zhuǎn)化為由5個(gè)特征字符{R，r，e，d，D}構(gòu)成的溫度符號序列。以符號序列中的125種3-字串組成的溫度波動模態(tài)為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)(即連續(xù)4天溫度波動組合)，并按照時(shí)間順序連邊，構(gòu)建有向加權(quán)的溫度波動網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而將溫度波動模態(tài)間的相互作用等綜合信息蘊(yùn)含于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之中。對隨機(jī)序列和Lorenz系統(tǒng)的混沌序列分別構(gòu)建隨機(jī)和混沌波動網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算三種網(wǎng)絡(luò)的度與度

2、分布、聚類系數(shù)、最短路徑長度等動力學(xué)統(tǒng)計(jì)量，從網(wǎng)絡(luò)的角度對比研究三種序列內(nèi)秉性質(zhì)的差異。結(jié)果表明：溫度波動網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)中大都包含了R、r和e三種符號，這可能對應(yīng)了全球增暖的背景下，溫度的波動主要以上升為主的特征。就整體而言，溫度波動網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)拓?fù)湫再|(zhì)與混沌網(wǎng)絡(luò)相似，與隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)差異顯著，體現(xiàn)了溫度變化的復(fù)雜性。此外，溫度波動網(wǎng)絡(luò)部分節(jié)點(diǎn)的中介中心性能力較強(qiáng)，4％的節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)12.93％的中介中心性功能，這些具有拓?fù)浣y(tǒng)計(jì)重要性的節(jié)點(diǎn)

3、對于理解溫度波動的內(nèi)在規(guī)律和波動信息的傳遞等有一定指導(dǎo)意義。Lorenz系統(tǒng)對應(yīng)的混沌波動網(wǎng)絡(luò)的中介中心性與溫度網(wǎng)絡(luò)類似，而隨機(jī)波動網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的中介中心性幾乎是均等的。因此，有別于傳統(tǒng)的Lyapunov指數(shù)、分維數(shù)等方法，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫再|(zhì)這一新的角度驗(yàn)證了溫度變化具有類混沌屬性，而不是隨機(jī)波動過程。
　　 在此基礎(chǔ)上對溫度波動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了更為細(xì)致的研究，利用中國地區(qū)435個(gè)臺站1961-2002年逐日平均溫度序列，分別構(gòu)建溫度波

4、動網(wǎng)絡(luò)，并計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣y(tǒng)計(jì)性質(zhì)，給出全國的空間分布圖像。由單個(gè)節(jié)點(diǎn)度的差異性，節(jié)點(diǎn)RRD，RDD，DRR，DDR，DdR的度數(shù)比較顯著，以這些節(jié)點(diǎn)為代表的溫度變化模態(tài)發(fā)生概率較大，對溫度變化的趨勢預(yù)測有一定的指導(dǎo)意義；給出這5種節(jié)點(diǎn)的度數(shù)在全國435個(gè)臺站中的排行分布，將它們的主要作用區(qū)域依次定義為：全國型、次全國型、東部型、西南混合型及混合型。各臺站的節(jié)點(diǎn)度分配與全國平均節(jié)點(diǎn)度分配的相似系數(shù)分布圖存在一定的區(qū)域特征，為通過復(fù)雜性來研究

5、溫度變化的區(qū)域特征提供了理論上的基礎(chǔ)。依據(jù)平均集群系數(shù)和平均最短道路長的全國分布的相似性和區(qū)域性，將中國地區(qū)的溫度變化分為三個(gè)區(qū)域：強(qiáng)復(fù)雜區(qū)域、中度復(fù)雜區(qū)域、弱復(fù)雜區(qū)域。
　　 為了將溫度變化發(fā)生在時(shí)間和空間上的性質(zhì)進(jìn)行有效的結(jié)合，本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的二分圖原理構(gòu)建溫度網(wǎng)絡(luò)，利用中國地區(qū)435個(gè)臺站1961-2002年逐日平均溫度序列，將溫度變化發(fā)生在9天時(shí)間尺度上的特征編碼在網(wǎng)絡(luò)中，通過研究二分圖溫度網(wǎng)絡(luò)(BGT網(wǎng)絡(luò))中節(jié)點(diǎn)與項(xiàng)

6、目的關(guān)系，揭示出9天時(shí)間尺度上溫度變化的特征及其在空間上的拓?fù)浣y(tǒng)計(jì)性質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)RRRD，RrDD，eeed，DRRD，DDRR等所代表的溫度波動模態(tài)在網(wǎng)絡(luò)中異常頻發(fā)，對9天尺度溫度變化的預(yù)測有一定的指導(dǎo)意義。統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度分布，集群系數(shù)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征量，發(fā)現(xiàn)BGT網(wǎng)絡(luò)服從正態(tài)分布特征。BGT網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目內(nèi)節(jié)點(diǎn)度的多樣性大體上表現(xiàn)為江南和華南地區(qū)偏少，華東和華中地區(qū)偏多，華北地區(qū)偏少，東北部分地區(qū)偏多的四極型分布特征；且這種區(qū)域特征與