运动预测,运动预期是啥意思?

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运动预期是啥意思?

运动预期就是在你运动之前考虑自己需要达到什么样的目标去努力争取

没什么说舞蹈采用了一种影响一切预测的运动呢?

对舞蹈的进一步理解,必须从理解舞蹈所传达出的“感知”与“表情”深入到理解舞蹈的内在规律上去。在约翰·马丁看来,舞蹈的内在规律即“舞蹈材料的特性和作用”。他指出:“舞蹈采用了一种影响一切预测的、特殊类型的运动……舞蹈是与有生命的人体打交道,不仅是由于外力作用而且是在自身意志作用下的运动……这就明显地给三维(空间、时间和动力)运动的任何一维的活动范围(如方向、速度或能量等级)带上了一种确定的动机色彩……任何动作或姿态,无论在多大程度上仅仅依赖于设计的规律,也必定会包含着动机,否则就意味着精神失去平衡造成的运动失调。”他还指出:“舞蹈是唯一平等使用空间、时间和动力的艺术。但当然不能把它看成是诸因素相加的关系,它们之间是不可分割的……一般说来,创作者对空间问题的处理是最为自由自在的……通过对自己进出于其间的空间的有效注意,舞者本人明显有意识地把自己与周围环境联系在一起。这种环境不仅包括物质的诸方面,而且包括感情的震荡……只有对身边世界缺乏意识的舞者,才去全力挖掘自己的身体和技巧。”

系统运动的混沌性与滑坡可预报性

一、引言

根据NDS吸引子概念[26],我们可以把长期的滑坡观测时间序列作为滑坡演化动力学模型的解来重建滑坡系统动力学,从系统运动轨道的发散速率确定可预报时间尺度。用这种方法,能够避开准确描述滑坡演化动力学方程和求解的难题。

二、理论基础

1.可预报性的测度

把滑坡演化过程看作一个非线性动力学系统(NDS)。滑坡NDS包括n个相互关联的分量xi,i=1,2,…,n。对一个具体系统,这些分量可能包含描述构造、岩性和水文等条件的不同因素或变量。设滑坡孕育动力系统有如下形式:

非线性岩土力学基础

动力系统的时间演化,由n 个变量(x1,x2,…,xn)构成的n 维相空间轨道x(t)=[x1(t),x2(t),…,xn(t)]描述。如果滑坡动力系统是混沌的,那么它应该满足[27]:①存在非整的吸引子维数;②至少它的最大 Lyapunov 指数大于零。

初始时刻t0的状态用相空间上的一点x0=[x1(t0),x2(t0),…,xn(t0)]表示,而x0+δx表示另一个状态,δx表示小偏差。δx在相空间上的时间演化受下列线性微分方程组控制,即

非线性岩土力学基础

式中,Aij是式(4-5)右端Jacobi 矩阵的元素,它的表达式为:

非线性岩土力学基础

Jacobi 矩阵的特征值在一段长时间内的平均值,可依其大小排列为:

L1≥ L2≥…≥ Ln (4-7)

式中,

非线性岩土力学基础

式(4-7)称为Lyapunov指数谱。如果时间相对长,式(4-8)可重写为如下表达式:

δxi=eLitδxi(0),(i=1,2,…,n) (4-9)

由式(4-9)可知,Lyapunov指数实际上给出了在相空间中,系统状态误差沿特征向量方向的指数增长率。如果状态误差随时间不断增长,那么该系统的长期行为是不可预报的,反之是可预报的,所以通过Lyapunov指数可度量系统的可预报性。

在三维相空间中,定常吸引子、周期吸引子、拟周期吸引子和混沌吸引子的三个Lya-punov指数符号(Wolf et al.,1985[27])分别为:(-,-,-),(0,-,-),(0,0,-)和(+,0,-)。可见只有混沌吸引子至少有L1>0,这是它与其他吸引子不同的标志,用它可以判断系统是否处于混沌状态。

所有正的Lyapunov指数之和为:

非线性岩土力学基础

称为Kolmogorov熵[28],表征一个物理系统的信息平均产生率。1/h表示系统的状态误差增长一倍需要的时间,称为系统的平均可预报时间尺度。显然,这个量对滑坡预报研究很有价值。

2.可预报时间尺度的计算方法

对大多数滑坡系统,其动力学方程的具体表达式至今难以写出,所以直接计算h比较困难。然而,从NDS理论知道,从单一动力学变量的时间序列中,可提取其他动力学变量的信息。应用时序数据重建相空间的方法[29],可方便地计算h的下限——二阶Renyi熵h2。

在m维空间中的两个点可定义为:

xm(ti)=[x(ti),x(ti+Δt),…,x(ti+(m-1)Δt)] (4-11)

xm(tj)=[x(tj),x(tj+Δt),…,x(tj+(m-1)Δt)] (4-12)

式中,Δt为时间间隔,且 ti-tj>Δt。记这一点对的距离为rij,对给定的阈值r,rij<r的点对在序列的总时间点数N中共有:

非线性岩土力学基础

式中,θ为 Heaviside函数,即

非线性岩土力学基础

标准化的关联函数为:

非线性岩土力学基础

当N足够大和r很小时,应用如下标度率[29]:

Cm(r)≈rd2e-mh2Δt (4-16)

来计算:

非线性岩土力学基础

非线性岩土力学基础

式中,d2和h2分别为吸引子的关联维数和二阶Renyi熵;k为正整数。若随相空间维数m的升高,d2趋于一个极限值,则由时间序列描述的系统存在一个吸引子,刚达到极限值的d2是该吸引子的维数,相应的m值是描述系统动力学行为所需的最少状态变量个数。若随m增大,d2也增大或呈随机变化,则表明所讨论的系统是一个非确定性的随机系统,具有完全不可预报性。

计算维数d2时,可能出现以下几种情况:

1)d2=m。这种情况对应于噪声序列,具有完全不可预报性。

2)d2=1或d2=2。这种情况表明时间序列是一种周期或准周期振荡序列,具有完全可预报性。

3)d2>2或d2不为整数。这表明时间序列具有混沌性,必须考虑满足某种精度要求的可预报时间尺度。

因为h2比h容易得到,而且一些实例说明h2是h的很好估计[28],故可把

T=1/h2 (4-19)

作为可预报时间尺度。由NDS理论知道,d2越大,系统的混沌程度越强。

三、实例分析

1.龙西新滑坡

黄河龙羊峡龙西新滑坡发生于1986年1月25日。这是一个体积为150 × 104m3的平面滑动型滑坡。滑坡体由第四纪黏土和砂土组成,滑前位移时序观测数据如图4-10所示。

图4-10 龙羊峡龙西新滑坡位移观测序列[17]

图4-11 龙西新滑坡logCm(r)-logr关系图

根据上述方法,对图4-10的数据进行处理。具有等时间间隔(15天)的数据个数N=72。当m=2~6且Δt=3时,logCm(r)-logr的关系图如图4-11所示。根据曲线线性段斜率,可计算d2,然后考察d2随m的增加是否趋于极限,就可以确定吸引子属性和其维数。

由图4-12可知,当m=3时,分维值达到极限值d2=2.63。这说明,龙西新滑坡的演化已处于一个混沌吸引子上。这意味着描述该滑坡的动力学行为至少需要3个独立的状态变量,即建模时至少需要3个不同的观测序列。

图4-12 龙西新滑坡关联维数d2与相空间维数m关系

由于龙西新滑坡存在混沌吸引子,因此可确定它的平均可预报时间尺度。当m从3增加到5时,h2的变化范围为0.22~0.32,其平均值为0.27,可确定该滑坡的平均可预报时间尺度为T=15/0.27≈56 days。这说明在1986.1~1986.2.26之间可进行确定性预测,预测误差的增长量将小于一倍;在此时间范围外,预测误差将变得很大,确定性的预测已没有实际意义。

此外,改变Δt值再计算h2,发现h2变化不大,即Δt对h2影响不大,这表明确定的龙西新滑坡可预报时间尺度可信。

2.新滩滑坡

1985年6月12日凌晨,在湖北省秭归县新滩镇一带,发生了总方量达2000万m3的新滩滑坡,该滑坡为沿基岩接触面滑动的松散堆积体滑坡。在坡体中部A3观测点的实测位移-时间曲线如图4-13所示,该曲线随时间呈增长趋势。

同理,应用如上分析方法,可计算得到新滩滑坡的关联维数与可预报时间尺度分别为1.662与5.2月(如图4-14和4-15所示)。这也说明新滩滑坡的演化行为是混沌的,但其混沌程度比龙西新滑坡要弱。

图4-13 新滩滑坡A3测点在1979.4.1~1985.1.1间的位移观测序列[17]

图4-14 新滩滑坡lnCm(r)-lnr关系图

图4-15 新滩滑坡关联维数d2与相空间维数m关系图

四、滑坡长期预报、中期预报与临滑预报的可行性分析

在力学中我们已经讨论了许多确定性系统,例如,根据牛顿力学,利用一组确定性方程和初始条件能够预测天体的运动,这是一种确定性预测。基于这种成功的鼓舞,多数人认为:只要能获得足够多的观测信息,从原理上说任何预测都能做到确定性的。然而当系统稍微复杂时,预测问题不是如此简单。Nussbaum(Turcotte,1997[11])用两个滑块组成的模型模拟了地震过程,模拟结果表明:尽管模型的控制方程是确定性的,但在给定的某些参数条件下,会出现块体的随机运动。这证实了简单的确定性系统也能产生随机行为——混沌。显然,系统的物理规律不总是确定性的,随机现象也有其物理基础。对复杂的滑坡系统,如果它的动力学行为是完全确定性的,那么任何滑坡都能被准确预测,但事实绝非如此。例如,包括湖北盐池河山崩与甘肃洒勒山滑坡在内的许多滑坡都没有提前预报,即使滑坡后的验证预测也不能达到较高的精度,这都说明了某些滑坡具有内在随机性(混沌)。混沌发生时,应该限制可预报时间尺度,一旦超过了该尺度,混沌对滑坡预测有显著影响。换句话说,确定性预测不能没有任何时间限制地进行,应该具有一定的可预报时间尺度。

1.长期预报

长期预报指从滑坡演化的线性阶段(减速蠕变)开始后预测滑坡发生时间。从NDS理论知道,当系统远离失稳态时,滑坡系统大多处于无序状态,混沌对滑坡未来的演化影响很大,即系统的长期行为不能被准确预测。

2.中期预报

中期预报指从滑坡演化的非线性阶段(等速蠕变)开始后预测滑坡发生时间。在此阶段,混沌的影响开始明显增长,在可预报时间尺度范围内,可以进行确定性预测。如果滑坡发生在此时间尺度范围内,预测误差可能较小,否则将会很大。总之,中期预报具有很强的不确定性。

3.临滑预报

临滑预报指当滑坡体处于极不稳定状态(加速蠕变)时,开始预测滑坡发生时间。在此阶段,早期在滑坡演化中存在的随机和难以察觉的内部因素及触发因素等变得更明显了,容易被观测到。我们能够把它们作为初始条件的一部分来推断即将发生的滑坡。NDS理论、岩石破坏试验与地震数据分析[30]都说明,岩体失稳过程是一降维、有序过程,因此可以推断,失稳前滑坡系统的有序度将增加、混沌性将减弱。再者,由于预测时间范围较短,混沌的影响可以忽略,因此,临滑预报能够相对准确地作出。例如,新滩滑坡的成功预报就是根据临滑前的前兆破坏现象作出的。

我们认为,确定性预测与非确定预测的结合将是滑坡预报研究的一个新特点,加强中期预报研究、重点突破临滑预报问题,将是目前和将来的主要研究课题。

如果能够实时掌握地球上每一个原子的运动状态,能否预测地球上一切事物发生的概率?

理论上可以。它的实质和天气预报差不多,只是更加精准复杂。

但是那种超级计算机我们目前只能想象,数据的搜集也是大难题,地球上所有的原子加起来可不是小数目,还要分别计算轨迹和碰撞、运动的可能性,难度极大。

但不排除有超高科技水平的外星智慧生命拥有这种技术,也许未来人类也能达到这个程度。

不管怎么说,目前都只是一种猜想,一种可行的理论,实践的话基本没可能。

根据六大板块运动趋势,请你预测一下若干亿年后地球的陆地和海洋会发生哪些重大变化?

2017全球还在变暖全球变暖并非是数年之内可以改变的,过去的一个世纪,地球温度明显上升,未来一百年间这一趋势还会继续下去,很多研究都证实地球气温将在未来几个世纪里提高1~20华氏度,海平面明显上升,一些海滨城市将不复存在。1981~1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料(如煤、石油等),排放出大量的CO2等多种温室气体。这些温室气体导致全球气候变暖。在20世纪全世界平均温度约攀升0.6摄氏度。北半球春天冰雪解冻期比150年前提前了9天,而秋天霜冻开始时间却晚了约10天。20世纪90年代是自19世纪中期开始温度记录工作以来最温暖的十年,在记录上最热的几年依次是:1998年,2002年,2003年,2001年和1997年。全球气候变暖是一种自然现象。由于人们焚烧石燃料,如石油,煤炭等,或砍伐森林并将其焚烧时会产生大量的二氧化碳,即温室气体,这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度透过性,而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸收性,能强烈吸收地面辐射中的红外线,导致地球温度上升,即温室效应。

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