Phase reduction analysis for spatiotemporal synchronization of traveling and oscillating convection in coupled rotating annuli

耦合旋转环中行进和振荡对流时空同步的相位还原分析

基本信息

批准号：
20K03797
负责人：
河村洋史
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

結合させた一対の進行振動対流の間の位相同期現象が、大気大循環の模型実験系である回転水槽実験系において観察されている。本研究では、回転水槽実験系の進行振動対流に対する位相縮約法を定式化して、結合回転水槽における進行振動対流の時空間的な同期現象を位相縮約解析する。２０２２年度は、２０２１年度からの継続課題として、単体の回転水槽実験系の進行振動対流に関する直接数値計算および位相縮約解析を実施した。具体的には、周期外力を受けた回転水槽における進行振動対流の強制同期ならびにインパルス摂動を受けた回転水槽における進行振動対流の位相応答を計算した。そして、位相応答から求めた位相感受関数を用いて、強制同期に関する直接数値計算結果と位相縮約解析結果を比較した。さらに、位相感受関数を用いて、強制同期に最適な周期外力を解析した。現在、最適な周期外力を受けた回転水槽の強制同期を計算中である。加えて、次の研究活動を行った。第一に、拘束条件を持つ偏微分方程式の位相縮約法と埋め込み境界射影法の融合によるカルマン渦列の位相縮約解析に関する主筆論文が出版された。そして、Physical Review FluidsのEditors' Suggestionに選出された。さらに、カルマン渦列の強制同期に最適な周期外力を解析した。現在、論文執筆中である。第二に、２０２１年度からの継続課題として、準２年周期振動を記述するシンプルな偏微分方程式モデルに対する位相縮約法の定式化ならびに一般的な強制同期の最適化手法の開発および検証に関する研究成果の論文化を進めた。特に、準２年周期振動の強制同期に最適な周期外力を解析した。最後に、集団振動を示す結合素子ネットワークの同期現象に対するベイズ推定に基づくデータ駆動型解析手法に関する共著論文が出版された。その発展問題として、現在、時空間リズムを示す反応拡散系に対して検証中である。

在旋转水箱实验系统中观察到一对耦合行进振荡对流之间的相位同步现象，该实验系统是大气环流模型实验系统。在本研究中，我们制定了旋转水槽实验系统中行进振荡对流的相位还原方法，并分析了耦合旋转水槽中行进振荡对流时空同步现象的相位还原。 2022 财年，作为 2021 财年项目的延续，我们在单个旋转水箱实验系统中进行了渐进振荡对流的直接数值计算和相位还原分析。具体来说，我们计算了受到周期性外力作用的旋转水箱中行进振荡对流的强制同步以及受到脉冲扰动的旋转水箱中行进振荡对流的相位响应。然后，利用从相位响应获得的相位灵敏度函数，我们比较了直接数值计算的结果和关于强制同步的相位收缩分析的结果。此外，利用相位敏感函数，我们分析了强制同步的最佳周期性外力。目前，我们正在计算旋转水箱在最佳周期性外力作用下的强制同步。此外，还开展了以下研究活动。首先，发表了结合带约束的偏微分方程相位还原法和嵌入式边界投影法进行卡门涡街相位还原分析的主要作者论文。它还被选为《Physical Review Fluids》的编辑建议。此外，我们还分析了卡门涡街强制同步的最佳周期外力。目前正在写论文。其次，作为2021年的持续项目，将研究制定描述准两年振荡的简单偏微分方程模型的相位缩减方法，以及通用强制同步优化方法的开发和验证结果。发表在一篇论文中。特别是，我们分析了准两年振荡强制同步的最佳周期性外力。最后，发表了一篇共同撰写的论文，介绍了一种基于贝叶斯推理的数据驱动分析方法，用于研究表现出集体振荡的耦合元件网络中的同步现象。作为进一步的发展问题，我们目前正在研究表现出时空节律的反应扩散系统。