數(shù)學模型在生態(tài)學的應(yīng)用及研究

前言

　　數(shù)學模型研究可以分為兩大方面：定性和定量的，要定性地研究，提出的問題是：“發(fā)生了什么？或者發(fā)生了沒有？”，要定量地研究，提出的問題是“發(fā)生了多少？或者它如何發(fā)生的？”。前者是對問題的動態(tài)周期、特征和趨勢進行了定性的描述，而后者是對問題的機制、原理、起因進行了定量化的解釋。然而，生物學中有許多實驗問題與建立模型并不是直接有關(guān)的。于是，通過分析、比較、計算和應(yīng)用各種數(shù)學方法，建立反映實際的且具有意義的仿真模型?！　∩鷳B(tài)數(shù)學模型的特點為：（1）綜合考慮各種生態(tài)因子的影響。（2）定量化描述生態(tài)過程，闡明生態(tài)機制和規(guī)律。（3）能夠動態(tài)的模擬和預測自然發(fā)展狀況?！　∩鷳B(tài)數(shù)學模模型的功能為：（1）建造模型的嘗試常有助于精確判定所缺乏的知識和數(shù)據(jù)，對于生物和環(huán)境有進一步定量了解。（2）模型的建立過程能產(chǎn)生新的想法和實驗方法，并縮減實驗的數(shù)量，對選擇假設(shè)有所取舍，完善實驗設(shè)計。（3）與傳統(tǒng)的方法相比，模型常能更好地使用越來越精確的數(shù)據(jù)，從生態(tài)的不同方面所取得材料集中在一起，得出統(tǒng)一的概念?！　∧Ｐ脱芯恳貏e注意：（1）模型的適用范圍：時間尺度、空間距離、海域大小、參數(shù)范圍。例如，不能用每月的個別發(fā)生的生態(tài)現(xiàn)象來檢測1年跨度的調(diào)查數(shù)據(jù)所做的模型。又如用不常發(fā)生的赤潮的赤潮模型來解釋經(jīng)常發(fā)生的一般生態(tài)現(xiàn)象。因此，模型的適用范圍一定要清楚；（2）模型的形式是非常重要的，它揭示內(nèi)在的性質(zhì)和本質(zhì)的規(guī)律，來解釋生態(tài)現(xiàn)象的機制和生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系。因此，重要的是要研究模型的形式，而不是參數(shù)，參數(shù)是說明尺度、大小、范圍而已；（3）模型的可靠性，由于模型的參數(shù)一般是從實測數(shù)據(jù)得到的，它的可靠性非常重要，這是通過統(tǒng)計學來檢測。只有可靠性得到保證，才能用模型說明實際的生態(tài)問題；（4）解決生態(tài)問題時，所提出的觀點，不僅從數(shù)學模型支持這一觀點，還要從生態(tài)現(xiàn)象、生態(tài)環(huán)境等各方面的事實來支持這一觀點。

內(nèi)容概要

通過闡述數(shù)學模型在生態(tài)學的應(yīng)用和研究，定量化地展示生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境因子和生物因子的變化過程，揭示了生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律和機制以及其穩(wěn)定性、連續(xù)性的變化，使生態(tài)數(shù)學模型在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮巨大作用。在科學技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，通過該書的學習，可以幫助讀者了解生態(tài)數(shù)學模型的應(yīng)用、發(fā)展和研究的過程；分析不同領(lǐng)域、不同學科的各種各樣生態(tài)數(shù)學模型；探索采取何種數(shù)學模型應(yīng)用于何種生態(tài)領(lǐng)域的研究；掌握建立數(shù)學模型的方法和技巧。此外，該書還有助于加深對生態(tài)系統(tǒng)的量化理解，培養(yǎng)定量化研究生態(tài)系統(tǒng)的思維。    本書主要內(nèi)容為：介紹各種各樣的數(shù)學模型在生態(tài)學不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如在地理、地貌、水文和水動力，以及環(huán)境變化、生物變化和生態(tài)變化等領(lǐng)域的應(yīng)用。詳細闡述了數(shù)學模型建立的背景、數(shù)學模型的組成和結(jié)構(gòu)以及其數(shù)學模型應(yīng)用的意義。    本書適合氣象學、地質(zhì)學、海洋學、環(huán)境學、生物學、生物地球化學、生態(tài)學、陸地生態(tài)學、海洋生態(tài)學和海灣生態(tài)學等有關(guān)領(lǐng)域的科學工作者和相關(guān)學科的專家參閱，也適合高等院校師生作為教學和科研的參考。

書籍目錄

海底聲波的折射法模型MODAS的原理主錨系的設(shè)計計算模型海水水溫預報模型主成分分析的模型波浪計算的STWAVE模型影像圖的計算公式基于WVD的超聲海流信號瞬時頻率的計算公式等效線性化動力分析的哈丁模型一類水體的大氣校正模型散射問題的邊界元方法模型遙感海水鹽度的原理載人潛水器圓柱形耐壓殼體的優(yōu)化設(shè)計研究模型波浪數(shù)學模型單錨腿系泊系統(tǒng)動力計算的新方法測量海水的ORP計算公式總懸浮物散射特性模型水動力與生態(tài)耦合的赤潮藻類生長模型球形FNT藥包爆炸時水沖擊波壓力公式水下機器人-機械手系統(tǒng)模型Spar平臺所受線性波浪力低雷諾數(shù)下圓柱渦激振動的二維有限元數(shù)值模擬GPS定位系統(tǒng)的靜態(tài)試驗計算公式FPSO服務(wù)模式經(jīng)濟分析方法模型回波的構(gòu)成及分析矢量陣接收信號模型及其統(tǒng)計模型HPLC系統(tǒng)中色素標準樣品濃度計算公式多元自適應(yīng)樣條回歸預報浮游植物總量分析模型海表面鹽度遙感的計算公式海面噪聲環(huán)境下聲壓與質(zhì)點振速的數(shù)學模型小波變換應(yīng)用與圖像處理的基本原理氣溶膠光學特性反演的原理鹽場遙感圖像模式識別方法模型 鉸接塔-油輪系統(tǒng)的耦合運動方程 海底熱流原位測量的計算公式海上輕型高架索補給系統(tǒng)的力學分析模型水下拖曳體深度軌跡控制系統(tǒng)的模型煙氣海水脫硫工藝排水對海域水質(zhì)的影響預測模型海水溫度和壓力光纖傳感器測量原理風暴潮預報模式黃色物質(zhì)吸收系數(shù)的光譜模型海水入侵預測模型M0rlet小波分離波浪模型FPSO縱搖運動的時間序列模型海洋兩層流體模型Spar平臺系泊系統(tǒng)模型Spar平臺運動方程經(jīng)典承載力計算公式換算沙壩不穩(wěn)定性理論分析低速運動船只撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)動力分析模型二維圓柱渦激振動模型多向聚焦波浪的產(chǎn)生方法彎曲荷載作用下海底腐蝕管線破壞機理港內(nèi)不規(guī)則波傳播數(shù)學模型海洋平臺張力腿簡化模型雙ο坐標斜壓水流數(shù)值模型后臺階下游床面局部沖刷的數(shù)學模型聲波探測原理適合于采礦作業(yè)的蟻群算法矩形基礎(chǔ)承載力上限分析波浪域控制方程線彈性土壤里埋設(shè)的懸跨管道計算模型油氣爆炸作用下海洋平臺的動態(tài)響應(yīng)海面噪聲環(huán)境下聲壓與質(zhì)點振速的數(shù)學模型小波變換應(yīng)用與圖像處理的基本原理氣溶膠光學特性反演的原理鹽場遙感圖像模式識別方法模型 鉸接塔-油輪系統(tǒng)的耦合運動方程 海底熱流原位測量的計算公式海上輕型高架索補給系統(tǒng)的力學分析模型水下拖曳體深度軌跡控制系統(tǒng)的模型煙氣海水脫硫工藝排水對海域水質(zhì)的影響預測模型海水溫度和壓力光纖傳感器測量原理風暴潮預報模式黃色物質(zhì)吸收系數(shù)的光譜模型海水入侵預測模型M0rlet小波分離波浪模型FPSO縱搖運動的時間序列模型海洋兩層流體模型Spar平臺系泊系統(tǒng)模型Spar平臺運動方程經(jīng)典承載力計算公式換算沙壩不穩(wěn)定性理論分析低速運動船只撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)動力分析模型二維圓柱渦激振動模型多向聚焦波浪的產(chǎn)生方法彎曲荷載作用下海底腐蝕管線破壞機理港內(nèi)不規(guī)則波傳播數(shù)學模型海洋平臺張力腿簡化模型雙ο坐標斜壓水流數(shù)值模型后臺階下游床面局部沖刷的數(shù)學模型聲波探測原理適合于采礦作業(yè)的蟻群算法矩形基礎(chǔ)承載力上限分析波浪域控制方程線彈性土壤里埋設(shè)的懸跨管道計算模型油氣爆炸作用下海洋平臺的動態(tài)響應(yīng)縮窄江道時河寬的確定河口上游端垂向流速方程壓力式測波技術(shù)軟剛臂系泊系統(tǒng)的理論模型軟剛臂系泊系統(tǒng)靜特性方程重力式網(wǎng)箱浮架系統(tǒng)模型海區(qū)M2分潮變化成因數(shù)值模型帶纜遙控潛水器(TROV)系統(tǒng)空間運動模型比例邊界有限元法的數(shù)學模型系泊系統(tǒng)系纜的計算分析模型Spar平臺六自由度耦合運動方程環(huán)境載荷計算公式疲勞壽命評估方法鉆井隔水管運動方程平臺水平運動方程半潛平臺疲勞強度譜分析法的基本步驟海洋平臺的振動控制方程磁流變阻尼器控制技術(shù)水下機器人混合靈敏度H控制基于黏性流模型的筒形基礎(chǔ)防波堤波浪力數(shù)值分析小波法損傷識別原理深海取樣絞車牽引卷筒上鋼纜張力分析模型海面反射率模型系纜式剖面測量平臺運動的條件一種適合海洋環(huán)境溫度測量的新模型波浪沿斜面?zhèn)鞑ミ^程的數(shù)值模擬模型海底沉積物調(diào)查超聲無損測量模型黃海海域大氣波導過程分析模型WWATCH模式的基本原理傳真圖上地轉(zhuǎn)風和梯度風近似計算公式基于數(shù)學形態(tài)學圖像分割波向檢測縮窄江道時河寬的確定河口上游端垂向流速方程壓力式測波技術(shù)軟剛臂系泊系統(tǒng)的理論模型軟剛臂系泊系統(tǒng)靜特性方程重力式網(wǎng)箱浮架系統(tǒng)模型海區(qū)M2分潮變化成因數(shù)值模型帶纜遙控潛水器(TROV)系統(tǒng)空間運動模型比例邊界有限元法的數(shù)學模型系泊系統(tǒng)系纜的計算分析模型Spar平臺六自由度耦合運動方程環(huán)境載荷計算公式疲勞壽命評估方法鉆井隔水管運動方程平臺水平運動方程半潛平臺疲勞強度譜分析法的基本步驟海洋平臺的振動控制方程磁流變阻尼器控制技術(shù)水下機器人混合靈敏度H控制基于黏性流模型的筒形基礎(chǔ)防波堤波浪力數(shù)值分析小波法損傷識別原理深海取樣絞車牽引卷筒上鋼纜張力分析模型海面反射率模型系纜式剖面測量平臺運動的條件一種適合海洋環(huán)境溫度測量的新模型波浪沿斜面?zhèn)鞑ミ^程的數(shù)值模擬模型海底沉積物調(diào)查超聲無損測量模型黃海海域大氣波導過程分析模型WWATCH模式的基本原理傳真圖上地轉(zhuǎn)風和梯度風近似計算公式基于數(shù)學形態(tài)學圖像分割波向檢測

章節(jié)摘錄

　　海洋浮標是一種現(xiàn)代化的海洋觀測設(shè)施。它具有全天候、全天時穩(wěn)定可靠的收集海洋環(huán)境資料的能力，并能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、自動標示和自動發(fā)送。海洋浮標與衛(wèi)星、飛機、調(diào)查船、潛水器及聲波探測設(shè)備一起，組成了探測海洋奧秘的主體監(jiān)測系統(tǒng)。我國于20世紀60年代中期就已開始海洋資料浮標的研制工作，浮標技術(shù)的發(fā)展已趨完善、成熟。目前，我國已能生產(chǎn)大、中、小三大類型海洋資料浮標和部分專用海洋浮標。海洋資料浮標是岸基監(jiān)測系統(tǒng)向海洋方面的延伸，對海洋環(huán)境進行長期測量，對海洋環(huán)境監(jiān)測和災(zāi)害預警報的作用是巨大的和不可缺少的。海洋資料浮標有大型浮標，主要用于惡劣條件下的海洋科學試驗；中型浮標主要用于幾百米水深的海域，小型浮標主要用于近?；蚝醇昂涌诘谋O(jiān)測。這些資料浮標系統(tǒng)普遍采用了高可靠性的低功耗微處理機作為數(shù)據(jù)采集控制的核心，應(yīng)用衛(wèi)星傳輸測量數(shù)據(jù)。其特點主要表現(xiàn)在能夠增加傳感器，擴大浮標的功能，采用先進的數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)浮標采用鋼、鋁、泡沫塑料或玻璃鋼混合結(jié)構(gòu)，重量輕、布放回收方便，均采用太陽能電池和蓄電池組合供電…。海洋資料浮標有船形、球形、圓盤形、橢圓形、柱形等幾種。目前，我國海洋環(huán)境監(jiān)測浮標技術(shù)與國外發(fā)達國家基本處于同等水平，但有其顯著的特點。我國根據(jù)國情執(zhí)行了自己的國家或行業(yè)標準，保持有一支穩(wěn)定的技術(shù)隊伍以及具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟環(huán)境保障，因此我國海洋環(huán)境監(jiān)測浮標系統(tǒng)技術(shù)及產(chǎn)品在性能價格比、操作使用和技術(shù)維護上更具優(yōu)勢。水面浮標采用新型三錨系留系統(tǒng)，增強抗惡劣環(huán)境的能力，減少了浮標的旋轉(zhuǎn)和搖擺角度，從而保證了海上系統(tǒng)良好的通信姿態(tài)；同時，三錨系留限制了水面浮標的多圈轉(zhuǎn)動，可避免水下的信號電纜與錨鏈的纏繞。

編輯推薦

　　數(shù)學是結(jié)果量化的工具，數(shù)學是思維方法的應(yīng)用，數(shù)學是研究創(chuàng)新的鑰匙，數(shù)學是科學發(fā)展的基礎(chǔ)。

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