Chaotic and non-chaotic response to quasiperiodic forcing: limits to predictability of ice ages paced by Milankovitch forcing
Chaotic and non-chaotic response to quasiperiodic forcing: limits to predictability of ice ages paced by Milankovitch forcing
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对准周期强迫的混沌和非混沌响应：米兰科维奇强迫对冰河时代可预测性的限制
DOI：
10.1093/climsys/dzy002
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ashwin P
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ashwin P
众所周知，周期性强迫的非线性系统，即使是一个二维自治系统，可以产生混沌响应与敏感的初始条件的依赖，如果强迫诱导足够的拉伸和折叠的相空间。准周期强迫同样可以产生混沌响应，其中改变参数时向混沌的过渡可以使系统进入奇怪的非混沌行为区域。虽然人们普遍认为更新世冰期的时间至少部分是由于米兰科维奇强迫（可以近似为准周期性的，能量集中在少数频率附近），但从强迫中可以推断出的冰川期和冰消期的确切细节仍然不清楚。在这篇文章中，我们进行了定量比较的几个低阶的非线性概念模型的响应，这些冰期的各种类型的准周期强迫。通过计算最大的李雅普诺夫指数和平均周期，我们表明，许多模型可以有一个混沌响应准周期强迫的强迫幅度的范围内，即使一些最简单的概念模型没有。这些结果表明，冰河时代的步伐迫使可能只有有限的决定性。
It is well known that periodic forcing of a nonlinear system, even of a 2D autonomous system, can produce chaotic responses with sensitive dependence on initial conditions if the forcing induces sufficient stretching and folding of the phase space. Quasiperiodic forcing can similarly produce chaotic responses, where the transition to chaos on changing a parameter can bring the system into regions of strange non-chaotic behaviour. Although it is generally acknowledged that the timings of Pleistocene ice ages are at least partly due to Milankovitch forcing (which may be approximated as quasiperiodic, with energy concentrated near a small number of frequencies), the precise details of what can be inferred about the timings of glaciations and deglaciations from the forcing are still unclear. In this article, we perform a quantitative comparison of the response of several low-order nonlinear conceptual models for these ice ages to various types of quasiperiodic forcing. By computing largest Lyapunov exponents and mean periods, we demonstrate that many models can have a chaotic response to quasiperiodic forcing for a range of forcing amplitudes, even though some of the simplest conceptual models do not. These results suggest that pacing of ice ages to forcing may have only limited determinism.
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