基于复杂度理论的地磁变化场时间序列特征分析-论文.pdf

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1、第57卷第8期地球物理学报Vo1．57，No．82014年8月CHINESEJOURNALOFGEOPHYSICSAug．，2014牛超，刘代志，李夕海等．2014．基于复杂度理论的地磁变化场时间序列特征分析．地球物理学报，57(8)：2713—2723，doi：106O38／cjg2O14O829．NiuC，LiuDZ，LiXH，eta1．2014．FeatureanalysisofgeomagneticvariationtimeseriesbasedoncomplexitytheoryChineseJ．Geophys．(inChinese)，57(8)：2713—272

2、3，doi：10．6O38／cjg2O14O829．基于复杂度理论的地磁变化场时间序列特征分析牛超，刘代志，李夕海，曾小牛，李义红，王红霞第二炮兵工程大学，西安710025摘要复杂度理论为研究地磁变化场提供了新思路和新途径．地磁变化场从物理起源上可以看作是一种复杂系统，因此，本文从军事工程应用需求出发，基于复杂度理论，提出运用样本熵、多尺度熵及滑动窗样本熵方法对不同磁扰程度下的地磁变化场时间序列进行复杂度特征分析，结果表明：(1)样本熵和多尺度熵能够很好地表征地磁扰动强度及演化特征，启发我们可设计一种新的“熵指数”来衡量地磁扰动大小；(2)滑动窗样本熵能够准确定位地磁扰动时

3、间段，对于磁暴识别与预测、空间灾害性天气预警等有一定的参考价值；(3)Mackey-Glass时滞混沌方程随时间的演化呈现出与地磁场日变曲线非常相似的形态，因此，地磁变化场或许可用时滞混沌方程来表示，对于我们更好地认识地磁变化场物理机理、建模预测与地磁寻的等军事工程应用都有一定的意义．关键词复杂度理论；地磁变化场；时间序列；特征分析doi：10．6O38／cjg2O14O829中图分类号P318。P631收稿日期2013-12-13，2014-05—19收修定稿Featureanalysisofgeomagneticvariationtimeseriesbasedoncom

4、plexitytheoryNIUChao，LIUDai—Zhi，LIXi—Hai，ZENGXiao—Niu，LIYi—Hong，WANGHong—Xia8SecondArtilleryEngineeringUniversity．Xi'an710025．ChinaAbstractComplexitytheoryprovidesanewlineofthoughtandnewapproachtotheresearchofthegeomagneticvariationfield，whichcanberegardedasacomplexsystemduetoitsphysicalor

5、igin．Consideringtherequirementofmilitaryengineeringapplication，themethodsofsampleentropy，multiscaleentropyandslidingwindowsampleentropyareusedtoanalyzethecomplexityfeaturesofthegeomagneticvariationfieldunderdifferentgeomagneticdisturbancesbasedoncomplexitytheory．Theresultsindicatethatthesa

6、mpleentropyandmulti—scaleentropycanbettercharacterizetheintensityofgeomagneticdisturbance，whichallowsUStodesignanew‘entropyindex’tomeasurethegeomagneticdisturbances．Theslidingwindowsampleentropycanlocatethegeomagneticdisturbanceperiodaccurately，whichisvaluableforrecognitionandpredictionofg

7、eomagneticstormsandspaceweatherdisasters．TheevolutionoftheMackey-Glassdelaychaoticequationshowsasimilarformtothegeomagneticvariationcurve．Therefore，thegeomagneticvariationfieldcanbedescribedbythedelaychaoticequation，whichhasacertainmeaningtounderstandthephysic