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基于耦合映像格子的时空离散捕食系统混沌路径上的斑图自组织与转变
结题报告
批准号:
11802093
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
黄头生
依托单位:
学科分类:
A0702.非线性振动及其控制
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
丛雪冰、马圣楠、高自纯、潘鸽、王捷儒、肖晟
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中文摘要
近年来,研究者们发展了新的耦合映像格子模型,将之应用于时空离散捕食系统的斑图自组织研究,在揭示时空复杂性上取得了一些进展。然而,在展现斑图多样性时,相关进展多侧重定性分析,少有涉及定量研究。基于前人工作,本研究应用耦合映像格子进一步开展时空离散捕食系统斑图自组织和转变的定量化研究。研究利用多尺度分析法,推导出耦合映像格子的振幅方程,研究斑图选择和斑图稳定性;在此基础上,通过数值分析定量化研究混沌路径上斑图的转变规律以及对参数变化的敏感性;最后,针对多过程耦合下的复杂耦合映像格子,完善其图灵失稳分析方法,并研究种群迁移和交叉扩散对混沌路径上斑图转变的影响。本研究首次对时空离散捕食系统混沌路径上的斑图自组织机制和斑图转变规律进行定量化探索,所发现的时空复杂性结果,不但有助于揭示碎片化生境下捕食系统的演变规律,还可为预测时空离散捕食系统的时空动力学行为提供理论基础。
英文摘要
In recent years, the researchers developed a new coupled map lattice model and applied it to investigate the pattern self-organization in space- and time-discrete predator-prey systems. However, in exhibiting the pattern diversity, most of research works focused on qualitative analysis, and few were relative to quantitative investigation. Based on previous research, the present study applies the coupled map lattice to further quantitatively investigate the pattern self-organization and pattern transition in space- and time-discrete predator-prey systems. First, the multi-scale method is utilized to conduct amplitude equations for the coupled map lattice, which is applied for studying pattern selection and pattern stability. On this basis, numerical analyses are performed to quantitatively investigate the regularity of pattern transition on the routes to chaos and the sensitivity of pattern transition to parameter variations. Lastly, the method of Turing instability analysis is improved for complex coupled map lattices under multi-processes coupling. Simultaneously, the influences of population migration and cross-diffusion on pattern transitions on the routes to chaos are also studied. The present study firstly explores the pattern self-organization mechanisms and pattern transition regularity on the routes to chaos in space- and time-discrete predator-prey systems. And the results founded for spatiotemporal complexity can not only contribute to reveal the evolution regularity of predator-prey systems in fragmented habitats, but also provide theoretical basis for predicting spatiotemporal dynamical behaviors of the space- and time-discrete predator-prey systems.
捕食系统的非线性动力学是几十年来广受关注的热点问题。近年来,研究者们发展出耦合映像格子模型研究捕食系统的斑图自组织,在揭示时空复杂性上取得了进展。然而,相关研究在斑图选择、稳定性和时空混沌特征分析等方面还存在空白。基于前人工作,本研究应用耦合映像格子进一步开展时空离散捕食系统斑图自组织和转变的定量化研究。研究结果如下:.(1)针对时空离散反应扩散迁移捕食系统构建三链耦合映像格子模型,发现了捕食者和食饵种群在扩散和迁移驱动机制下产生的丰富有精细自组织结构的图灵和非图灵斑图,探讨了种群迁移对于混沌路径上斑图形成和斑图转变的影响,揭示了捕食系统新的非线性特征和时空复杂性。.(2)针对基于摩尔邻体结构的种群扩散情形,分析了时空离散捕食系统的纯图灵失稳、Neimark-Sacker-图灵失稳和倍周期-图灵失稳等三种非线性机制,探讨了种群扩散驱动空间对称性破缺机制下的斑图自组织形成,再现了前人研究的斑图基本类型,揭示了新的时空混沌斑图。.(3)针对时空离散捕食系统的耦合映像格子模型,首次建立连续近似系统研究斑图选择的方法,该近似系统展现了耦合映像格子的高度非线性和捕食系统的交叉扩散特性;通过振幅方程推导、斑图失稳分析和数值模拟验证,成功预测了离散系统的六边形、条形和六边形-条形斑图的形成。.(4)针对时空离散捕食系统在混沌路径上的时空动态和斑图转变,通过Kolmogorov–Sinai熵、时空振幅等方法探讨了了斑图的特性,并对时空混沌进行了定量分析,揭示了捕食系统在混沌路径上的斑图转变模式。.本研究首次对时空离散捕食系统混沌路径上的斑图自组织和转变进行定量化探索,研究结果不但有助于揭示碎片化生境下捕食系统的时空复杂性规律,还可为生态系统演变预测和生态修复技术研发提供基础理论和方法。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1155/2019/9516865
发表时间:2019-07
期刊:Complexity
影响因子:2.3
作者:Huang Tousheng;Zhang Huayong;Liu Zhao;Pan Ge;Zhang Xiumin;Gao Zichun
通讯作者:Gao Zichun
Regular and Irregular Vegetation Pattern Formation in Semiarid Regions: A Study on Discrete Klausmeier Model
半干旱地区规则和不规则植被格局的形成:离散Klausmeier模型研究
DOI:10.1155/2020/2498073
发表时间:2020-01
期刊:Complexity
影响因子:2.3
作者:Zhang Huayong;Huang Tousheng;Dai Liming;Pan Ge;Liu Zhao;Gao Zichun;Zhang Xiumin
通讯作者:Zhang Xiumin
DOI:10.1186/s13662-019-2328-5
发表时间:2019-09
期刊:Advances in Difference Equations
影响因子:4.1
作者:Tousheng Huang;Huayong Zhang;Zhengran Hu;Ge Pan;Shengnan Ma;Xiumin Zhang;Zichun Gao
通讯作者:Tousheng Huang;Huayong Zhang;Zhengran Hu;Ge Pan;Shengnan Ma;Xiumin Zhang;Zichun Gao
Exploring Spatiotemporal Complexity of a Predator-Prey System with Migration and Diffusion by a Three-Chain Coupled Map Lattice
通过三链耦合图格探索具有迁移和扩散的捕食者-被捕食者系统的时空复杂性
DOI:10.1155/2019/3148323
发表时间:2019-05
期刊:Complexity
影响因子:2.3
作者:Huang Tousheng;Zhang Huayong;Cong Xuebing;Pan Ge;Zhang Xiumin;Liu Zhao
通讯作者:Liu Zhao
Bifurcation Dynamics and Pattern Formation of a Three-Species Food Chain System with Discrete Spatiotemporal Variables
具有离散时空变量的三物种食物链系统的分叉动力学和模式形成
DOI:10.1515/zna-2019-0086
发表时间:2019-07
期刊:Zeitschrift fur Naturforschung Section A-A Journal of Physical Sciences
影响因子:1.8
作者:Zhang Huayong;Pan Ge;Huang Tousheng;Meng Tianxiang;Wang Jieru;Huang Hai
通讯作者:Huang Hai
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