不同主导驱动力下的湖泊系统尺度分布揭示了制度转变
摘要：湖泊系统中存在着与分形、自组织行为和复杂系统模式相关联的幂律大小分布。这种分布也出现在自然湖泊中，并且可能与湖泊系统的动力学有重要的联系。但是，在湖泊系统中产生和塑造这一特征的驱动机制仍不清楚。此外，由于尺寸范围两端的偏差，幂律本身被发现不能完全描述湖泊的尺寸分布。基于观察和模拟的中国11个水文气候区的湖泊，我们建立了一个湖泊系统的概念模型，该模型涵盖了湖泊尺寸分布的整个范围，并揭示了潜在的驱动机制。完整的湖泊尺寸分布由三个组成部分组成，其中三个阶段分别具有指数、拉伸指数和幂律分布的特征。这三个阶段分别表示具有逐渐增加的异质性和有序性的系统状态，更重要的是，分别表明了外源性和内源性力量的占主导地位。随着主导驱动力从内源性转变为外源性，湖泊尺寸分布从幂律转变为拉伸指数分布，进一步转变为指数分布发生了阶段性的转变。除了压缩幂律相，外源性力量还增加了其尺度指数，将相应的湖泊尺寸功率谱推入蓝噪声区域。在这个过程中，湖泊系统的自相关函数发散，有可能趋向无穷大，表明系统弹性的丧失。
作者：Shengjie Hu, Zhenlei Yang, Sergio Torres, Zipeng Wang, Ling Li
论文ID：2305.11376
分类：Statistical Mechanics
分类简称：cond-mat.stat-mech
提交时间：2023-05-22