复杂协同演化系统的协同动力学理论：厘清降水所受非线性时空控制

我们提出了一种协同演化系统的非线性协同理论，通过基本过程厘清并解释动态复杂性，以用于优化数据分析和动态模型设计：动态源分析（DSA）。DSA为时空数据集或动力学模型提供非线性动力学基，消除冗余并以最少数量的基本过程和相互作用表达系统而不丢失信息。这优化了动力学系统中的模型设计，以简单的协同项表达复杂协同演化，产生具有物理意义的空间和时间结构。这些结构通过非线性相互作用子空间的时空分解，借助时空协同流形的新概念提取。基于能量最小化和熵产生的基本原理，确保了物理一致性并避免了数学模糊性。DSA的相关性通过检索一组非冗余的、协同的非线性地球物理过程得到说明，这些过程在时空上对欧洲-大西洋区域的降水施加控制。为此，从位势数据场中提取非线性时空基，产生两个独立的动态源，分别由经向和纬向环流梯度主导。这些源被分解为对应于多尺度气候动力学的空间和时间结构。利用DSA驱动的模型构建和实现，在对演化降水分布进行地理空间评估和动态模拟时，体现了非线性可预测性的附加价值。发现模拟降水与观测数据一致，它们不仅描述而且以检索到的动态源的协同项动态关联和归因。