一种基于Logistic模型的突变过程性分析方法及其应用

闫冠华; 颜鹏程; 侯威; 吴浩

doi:10.7498/aps.62.079202

摘要

传统突变检测方法往往将突变检测的关键放在"突变点"上而忽略突变事件发生、发展乃至消亡的过程. 本文提出一种新的检测突变过程的方法, 其基于Logistic模型推导出能够反应均值突变过程的分段函数, 利用分段函数对实际时间序列进行参数提取, 借助参数的物理意义, 研究分析完整的突变过程, 从而加深对突变过程性的理解和认识, 为进一步研究突变的形成机理、影响因素乃至发展趋势奠定重要的科学基础. 文章还对太平洋年代际振荡 (PDO) 指数进行突变过程性检测, 发现1940/1942, 1977, 1987年开始序列发生突变, 突变持续时间锁定在某些固定值, 并且系统相图表明一般性系统存在三种基本的状态.

关键词:

Abstract

The traditional detection method of abrupt change may pay more attention on the "point of abrupt change" and neglect the process of its onset, development and extinction. This paper has proposed a new detection method to obtain the abrupt change process (ACP); it can extract suitable parameters from real time series by using a piecewise function which is based on a logistic model that reflects the ACP. With the help of parameters' physical meaning, we researched and analyzed the whole ACP, deepened the understanding and awareness of ACP, to lay the scientific foundation for further study on the formation mechanism, affecting factors and trends of the abrupt change. Besides, by detecting the PDO time series' ACP, we also find that the time series began to change in 1940/1942, 1977, 1987, and the duration of abrupt change is locked in some fixed values; furthesmore, the phase graph of the system showed that a normal system world have 3 basic states.

Keywords:

作者及机构信息

1.
南京信息工程大学, 大气科学学院, 南京 210044;

2.
中国气象局, 气象干部培训学院, 北京 100081;

3.
西北师范大学, 物理与电子工程学院, 兰州 730070;

4.
中国气象局, 国家气候中心, 北京 100081;

5.
扬州大学, 物理科学与技术学院, 扬州 225002

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 41175067) 和全球变化研究国家重大科学研究计划 (批准号: 2012CB955901) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Nanjing University of Information Science & Technology, School of Atmospheric Sciences, Nanjing 210044, China;

2.
Training Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China;

3.
College of physics and electronic engineering, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China;

4.
National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China;

5.
Department of Physics, Yangzhou University, Yangzhou 225002, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41175067), and the Global Change Research of Major National Scientific Research Plan (Grant No. 2012CB955901).

参考文献

[1]	Thom R 1972 Stability Structural and Morphogenesis (Sichuan:Sichuan Education Press) p73 (in Chinese) [雷内·托姆 1972 结构稳定性与形态发生学 (四川: 四川教育出版社) 第73页]
[2]	Fu C B, Wang Q 1992 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 16 482 (in Chinese) [符淙斌, 王强 1992 大气科学 16 482 ]
[3]	Li J P, Chou J F, Shi J E 1996 Journal of Beijing Meteorological college 1 7 (in Chinese) [李建平, 丑纪范, 史久恩 1996 北京气象学院 1 7]
[4]	Yamamoto R, Iwashima T, Sanga N K 1985 J. Meteor. Soc. 63 1157
[5]	Goossens C, Berger A 1986 Annals of Geophysics 4 385
[6]	Feng G L, Gong Z Q, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 董文杰, 李建平 2005 物理学报 54 5494]
[7]	Gong Z Q, Feng G L, Wan S Q, Li J P 2006 Acta Phys. Sin. 55 477 (in Chinese) [龚志强, 封国林, 万仕全, 李建平 2006 物理学报 55 477]
[8]	He W P, Deng B S, Wu Q, Zhang W, Cheng H Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8264 (in Chinese) [何文平, 邓北胜, 吴琼, 张文, 成海英 2010 物理学报 59 8264]
[9]	He W P, He T, Cheng H Y, Zhang W, Wu Q 2012 Acta Phys. Sin. 60 049202 (in Chinese) [何文平, 何涛, 成海英, 张文, 吴琼 2012 物理学报 60 049202]
[10]	Jin H M, He W P, Hou W, Zhang D Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 069201 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 侯威, 章大全 2012 物理学报 61 069201]
[11]	Jin H M, He W P, Zhang W, Feng A X, Hou W 2012 Acta Phys. Sin 61 129202 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 张文, 冯爱霞, 侯威 2012 物理学报 61 129202]
[12]	Robert M. May 1976 Nature 261 459
[13]	Liu B Z,Peng J H 2004 Nonlinear Dynamics (Beijing: Higher Education Press) p215-218 (in Chinese) [刘秉正, 彭建华 2004 非线性动力学 (北京: 高等教育出版社) 第215–218页]
[14]	Yan P C, Hou W, Hu J G 2012 Acta Phys. Sin. 61 189202 (in Chinese) [颜鹏程, 侯威, 胡经国 2012 物理学报 61 189202]

施引文献

[1]	Thom R 1972 Stability Structural and Morphogenesis (Sichuan:Sichuan Education Press) p73 (in Chinese) [雷内·托姆 1972 结构稳定性与形态发生学 (四川: 四川教育出版社) 第73页]
[2]	Fu C B, Wang Q 1992 Chinese Journal of Atmospheric Sciences 16 482 (in Chinese) [符淙斌, 王强 1992 大气科学 16 482 ]
[3]	Li J P, Chou J F, Shi J E 1996 Journal of Beijing Meteorological college 1 7 (in Chinese) [李建平, 丑纪范, 史久恩 1996 北京气象学院 1 7]
[4]	Yamamoto R, Iwashima T, Sanga N K 1985 J. Meteor. Soc. 63 1157
[5]	Goossens C, Berger A 1986 Annals of Geophysics 4 385
[6]	Feng G L, Gong Z Q, Dong W J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5494 (in Chinese) [封国林, 龚志强, 董文杰, 李建平 2005 物理学报 54 5494]
[7]	Gong Z Q, Feng G L, Wan S Q, Li J P 2006 Acta Phys. Sin. 55 477 (in Chinese) [龚志强, 封国林, 万仕全, 李建平 2006 物理学报 55 477]
[8]	He W P, Deng B S, Wu Q, Zhang W, Cheng H Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8264 (in Chinese) [何文平, 邓北胜, 吴琼, 张文, 成海英 2010 物理学报 59 8264]
[9]	He W P, He T, Cheng H Y, Zhang W, Wu Q 2012 Acta Phys. Sin. 60 049202 (in Chinese) [何文平, 何涛, 成海英, 张文, 吴琼 2012 物理学报 60 049202]
[10]	Jin H M, He W P, Hou W, Zhang D Q 2012 Acta Phys. Sin. 61 069201 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 侯威, 章大全 2012 物理学报 61 069201]
[11]	Jin H M, He W P, Zhang W, Feng A X, Hou W 2012 Acta Phys. Sin 61 129202 (in Chinese) [金红梅, 何文平, 张文, 冯爱霞, 侯威 2012 物理学报 61 129202]
[12]	Robert M. May 1976 Nature 261 459
[13]	Liu B Z,Peng J H 2004 Nonlinear Dynamics (Beijing: Higher Education Press) p215-218 (in Chinese) [刘秉正, 彭建华 2004 非线性动力学 (北京: 高等教育出版社) 第215–218页]
[14]	Yan P C, Hou W, Hu J G 2012 Acta Phys. Sin. 61 189202 (in Chinese) [颜鹏程, 侯威, 胡经国 2012 物理学报 61 189202]

[1]	商继祥, 赵云波, 胡丽娜. 高温金属熔体黏度突变探索. 物理学报, 2018, 67(10): 106402. doi: 10.7498/aps.67.20172721
[2]	肖文波, 刘伟庆, 吴华明, 张华明. 太阳电池单二极管模型中的参数提取方法. 物理学报, 2018, 67(19): 198801. doi: 10.7498/aps.67.20181024
[3]	高献坤, 姚传安, 高向川, 余泳昌. 光伏电池组件隐式、显式单二极管模型准确性对比研究. 物理学报, 2014, 63(17): 178401. doi: 10.7498/aps.63.178401
[4]	蔡舒平, 戴理, 倪淏. 基于Fisher信息理论的突变检测新方法. 物理学报, 2013, 62(18): 189204. doi: 10.7498/aps.62.189204
[5]	吴浩, 侯威, 王文祥, 颜鹏程. 试用Lyapunov指数探讨气候突变及其前兆信号. 物理学报, 2013, 62(12): 129204. doi: 10.7498/aps.62.129204
[6]	吴浩, 封国林, 侯威, 颜鹏程. 中国不同区域气候突变的前兆信号. 物理学报, 2013, 62(5): 059202. doi: 10.7498/aps.62.059202
[7]	吴浩, 侯威, 颜鹏程. 试用临界慢化原理探讨气候突变. 物理学报, 2013, 62(3): 039206. doi: 10.7498/aps.62.039206
[8]	司黎明, 侯吉旋, 刘埇, 吕昕. 基于负微分电阻碳纳米管的太赫兹波有源超材料特性参数提取. 物理学报, 2013, 62(3): 037806. doi: 10.7498/aps.62.037806
[9]	王玉玲, 孙以泽, 彭乐乐, 徐洋. 基于Lambert W函数的太阳能电池组件参数确定法. 物理学报, 2012, 61(24): 248402. doi: 10.7498/aps.61.248402
[10]	颜鹏程, 侯威, 胡经国. 基于Logistic模型的均值突变时间序列临界预警研究. 物理学报, 2012, 61(18): 189202. doi: 10.7498/aps.61.189202
[11]	何文平, 何涛, 成海英, 张文, 吴琼. 基于近似熵的突变检测新方法. 物理学报, 2011, 60(4): 049202. doi: 10.7498/aps.60.049202
[12]	吴勇峰, 张世平, 孙金玮, Peter Rolfe. 环形耦合Duffing振子间的同步突变. 物理学报, 2011, 60(2): 020511. doi: 10.7498/aps.60.020511
[13]	葛霁, 金智, 苏永波, 程伟, 刘新宇, 吴德馨. 一种InP双异质结双极晶体管小信号物理模型及其提取方法. 物理学报, 2009, 58(12): 8584-8590. doi: 10.7498/aps.58.8584
[14]	王启光, 张增平. 近似熵检测气候突变的研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1976-1983. doi: 10.7498/aps.57.1976
[15]	程兴华, 唐龙谷, 陈志涛, 龚敏, 于彤军, 张国义, 石瑞英. GaMnN材料红外光谱中洛伦兹振子模型的遗传算法研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5875-5880. doi: 10.7498/aps.57.5875
[16]	刘迎辉, 李宏福, 李浩, 王峨锋, 徐勇, 王晖, 王丽. 具有突变结构开放腔的矩阵分析. 物理学报, 2006, 55(4): 1718-1723. doi: 10.7498/aps.55.1718
[17]	龚志强, 封国林, 董文杰, 李建平. 非线性时间序列的动力结构突变检测的研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3180-3187. doi: 10.7498/aps.55.3180
[18]	封国林, 龚志强, 董文杰, 李建平. 基于启发式分割算法的气候突变检测研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5494-5499. doi: 10.7498/aps.54.5494
[19]	刘海文, 孙晓玮, 程知群, 车延峰, 李征帆. GaInP/GaAs异质结双极晶体管小信号模型参数提取的新方法. 物理学报, 2003, 52(9): 2298-2303. doi: 10.7498/aps.52.2298
[20]	陈陆君, 梁昌洪, 吴鸿适. 光纤孤子在媒质突变界面的反射与透射. 物理学报, 1992, 41(2): 244-252. doi: 10.7498/aps.41.244

计量

文章访问数: 6367
PDF下载量: 632
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板