混沌与湍流如何影响自然复杂流体流动系统的可预测性？
流体动力学
2023-10-13 v1 混沌动力学
数据分析、统计与概率
摘要
自然复杂流体流动系统表现出决定其高层次复杂性的湍流和混沌行为。混沌具有精确的数学定义，而湍流是一种没有精确数学定义的流动属性。利用柯尔莫哥洛夫复杂度（KC）及其衍生量（KC 谱及其最大值）、排列熵（PE）和李雅普诺夫指数（LE），我们考察了混沌和湍流如何影响自然复杂流体流动系统的可预测性。本文应用 KC、柯尔莫哥洛夫复杂度谱、PE 和 LE 度量来研究来自波斯尼亚和黑塞哥维那、美国以及门多萨盆地（阿根廷）的河流月径流流的湍流和混沌行为，并利用李雅普诺夫时间（LT）评估其时间尺度。基于应用于河流径流的度量，我们推导出湍流与混沌之间相互关系的四种模式。最后，利用这些模式，我们将具有相似时间尺度（代表其可预测性）的河流聚类。总之，所计算度量的数值处于以下区间：（i）KC（0.484, 0.992），（ii）PE（0.632, 0.866），（iii）LE（0.108, 0.278），以及（iv）LT（3.4, 9.3 个月）。
引用
@article{arxiv.2310.07851,
title = {How do chaos and turbulence affect the predictability of natural complex fluid flow systems?},
author = {Dragutin Mihailovic and Slavica Malinovic-Milicevic and Francisco Javier Frau and Vijay P. Singh and Jeongwoo Han},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.07851},
year = {2023}
}
备注
38 pages, 10 figures