This study is motivated by the question of how singularity formation and other forms of extreme behavior in nonlinear dissipative partial differential equations are affected by stochastic excitations. To address this question we consider the 1D fractional Burgers equation with additive colored noise as a model problem. This system is interesting, because in the deterministic setting it exhibits finite-time blow-up or a globally well-posed behavior depending on the value of the fractional dissipation exponent. The problem is studied by performing a series of accurate numerical computations combining spectrally-accurate spatial discretization with a Monte-Carlo approach. First, we carefully document the singularity formation in the deterministic system in the supercritical regime where the blow-up time is shown to be a decreasing function of the fractional dissipation exponent. Our main result for the stochastic problem is that there is no evidence for the noise to regularize the evolution by suppressing blow-up in the supercritical regime, or for the noise to trigger blow-up in the subcritical regime. However, as the noise amplitude becomes large, the blow-up times in the supercritical regime are shown to exhibit an increasingly non-Gaussian behavior. Analogous observations are also made for the maximum attained values of the enstrophy and the times when the maxima occur in the subcritical regime.


翻译:本研究的动因是非线性散射偏差方程式中的独特性形成和其他形式的极端行为如何受到随机振动的影响。 为了解决这个问题, 我们将1D分形汉堡方程式与添加色噪音的彩色杂音作为模型问题。 这个系统很有意思, 因为在确定性的设置中, 它显示的是有限时间的爆炸, 或一种取决于分数散射的值的全局性强行为。 正在研究这一问题, 方法是进行一系列精确的数字计算, 将光谱- 精确的空间分解与蒙特- 卡罗办法相结合。 首先, 我们仔细记录了超临界系统中的确定性汉堡方程式的形成, 超临界系统中的打击时间被显示为分数偏差的显出。 我们对于分解问题的主要结果是, 没有证据表明噪音能够通过抑制超临界性制度中的打击性变化来规范进化演变过程, 或者说, 在亚临界性系统下系统下, 振荡式的振荡行为在最大时间里, 也表现为超临界性系统下, 。

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