Internal variability in numerical morphodynamical experimentation

doi:10.1038/s41598-026-43401-2

Internal variability in numerical morphodynamical experimentation

2026-03-13

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DOI：10.1038/s41598-026-43401-2

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长期以来，人们已经认识到海岸湾的形态动力学并非完全确定性，而是表现出固有的不确定性。这种内在变异性让人联想到气候系统中的内部变异性，其不仅源于动力不稳定性，还源于随机扰动的整合。传统上，形态动力学行为中的不确定性通过稳定性分析进行探究。然而，传统的稳定性评估主要关注低维分析的稳定性特性。在真实的动力学数值模型中，形态动力学系统很少是低维的。在这些情况下，通常更合适将不确定性视为随机性的表现。对于现实系统，这提出了一个重要问题：何时观测到的演变超出了内在变异性的范围，暗示了外部驱动因素的影响？回答这一问题比在受控数值实验中更为复杂，因为在后者中可以隔离并修改单个参数或过程。在本文中，我们考察了一个相对简单的海岸湾形态动力学数值模型中的不确定性。我们表明，初始条件的小幅变化——例如模型初始化时的潮汐相位——可以导致集合成员之间的差异，这些差异在局部特征（如水道的精细结构）上显著，而在整体属性（如平均湾深和水道数量）上较小。因此，对数值实验（如测试参数化变化影响的实验）的稳健评估需要明确估计系统的固有不确定性，以便区分实验变化产生的“信号”与内部变异性（“噪声”）。

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