數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究

前言

　　數(shù)學(xué)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(wèn)題是：“發(fā)生了什么？或者發(fā)生了沒(méi)有？”，要定量地研究，提出的問(wèn)題是“發(fā)生了多少？或者它如何發(fā)生的？”。前者是對(duì)問(wèn)題的動(dòng)態(tài)周期、特征和趨勢(shì)進(jìn)行了定性的描述，而后者是對(duì)問(wèn)題的機(jī)制、原理、起因進(jìn)行了定量化的解釋。然而，生物學(xué)中有許多實(shí)驗(yàn)問(wèn)題與建立模型并不是直接有關(guān)的。于是，通過(guò)分析、比較、計(jì)算和應(yīng)用各種數(shù)學(xué)方法，建立反映實(shí)際的且具有意義的仿真模型。　　生態(tài)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)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(guò)程，闡明生態(tài)機(jī)制和規(guī)律。（3）能夠動(dòng)態(tài)的模擬和預(yù)測(cè)自然發(fā)展?fàn)顩r?！　∩鷳B(tài)數(shù)學(xué)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(shí)和數(shù)據(jù)，對(duì)于生物和環(huán)境有進(jìn)一步定量了解。（2）模型的建立過(guò)程能產(chǎn)生新的想法和實(shí)驗(yàn)方法，并縮減實(shí)驗(yàn)的數(shù)量，對(duì)選擇假設(shè)有所取舍，完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。（3）與傳統(tǒng)的方法相比，模型常能更好地使用越來(lái)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(shí)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(gè)別發(fā)生的生態(tài)現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)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(lái)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(lái)解釋生態(tài)現(xiàn)象的機(jī)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(shuō)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到的，它的可靠性非常重要，這是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)檢測(cè)。只有可靠性得到保證，才能用模型說(shuō)明實(shí)際的生態(tài)問(wèn)題；（4）解決生態(tài)問(wèn)題時(shí)，所提出的觀點(diǎn)，不僅從數(shù)學(xué)模型支持這一觀點(diǎn)，還要從生態(tài)現(xiàn)象、生態(tài)環(huán)境等各方面的事實(shí)來(lái)支持這一觀點(diǎn)。

內(nèi)容概要

通過(guò)闡述數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)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(guò)程，揭示了生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律和機(jī)制以及其穩(wěn)定性、連續(xù)性的變化，使生態(tài)數(shù)學(xué)模型在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮巨大作用。在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，通過(guò)該書(shū)的學(xué)習(xí)，可以幫助讀者了解生態(tài)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用、發(fā)展和研究的過(guò)程；分析不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的各種各樣生態(tài)數(shù)學(xué)模型；探索采取何種數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于何種生態(tài)領(lǐng)域的研究；掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法和技巧。此外，該書(shū)還有助于加深對(duì)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(shū)主要內(nèi)容為：介紹各種各樣的數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如在地理、地貌、水文和水動(dòng)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(xì)闡述了數(shù)學(xué)模型建立的背景、數(shù)學(xué)模型的組成和結(jié)構(gòu)以及其數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的意義。    本書(shū)適合氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、生物地球化學(xué)、生態(tài)學(xué)、陸地生態(tài)學(xué)、海洋生態(tài)學(xué)和海灣生態(tài)學(xué)等有關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)工作者和相關(guān)學(xué)科的專(zhuān)家參閱，也適合高等院校師生作為教學(xué)和科研的參考。

書(shū)籍目錄

海底聲波的折射法模型MODAS的原理主錨系的設(shè)計(jì)計(jì)算模型海水水溫預(yù)報(bào)模型主成分分析的模型波浪計(jì)算的STWAVE模型影像圖的計(jì)算公式基于WVD的超聲海流信號(hào)瞬時(shí)頻率的計(jì)算公式等效線性化動(dòng)力分析的哈丁模型一類(lèi)水體的大氣校正模型散射問(wèn)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(jì)研究模型波浪數(shù)學(xué)模型單錨腿系泊系統(tǒng)動(dòng)力計(jì)算的新方法測(cè)量海水的ORP計(jì)算公式總懸浮物散射特性模型水動(dòng)力與生態(tài)耦合的赤潮藻類(lèi)生長(zhǎng)模型球形FNT藥包爆炸時(shí)水沖擊波壓力公式水下機(jī)器人-機(jī)械手系統(tǒng)模型Spar平臺(tái)所受線性波浪力低雷諾數(shù)下圓柱渦激振動(dòng)的二維有限元數(shù)值模擬GPS定位系統(tǒng)的靜態(tài)試驗(yàn)計(jì)算公式FPSO服務(wù)模式經(jīng)濟(jì)分析方法模型回波的構(gòu)成及分析矢量陣接收信號(hào)模型及其統(tǒng)計(jì)模型HPLC系統(tǒng)中色素標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度計(jì)算公式多元自適應(yīng)樣條回歸預(yù)報(bào)浮游植物總量分析模型海表面鹽度遙感的計(jì)算公式海面噪聲環(huán)境下聲壓與質(zhì)點(diǎn)振速的數(shù)學(xué)模型小波變換應(yīng)用與圖像處理的基本原理氣溶膠光學(xué)特性反演的原理鹽場(chǎng)遙感圖像模式識(shí)別方法模型 鉸接塔-油輪系統(tǒng)的耦合運(yùn)動(dòng)方程 海底熱流原位測(cè)量的計(jì)算公式海上輕型高架索補(bǔ)給系統(tǒng)的力學(xué)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(duì)海域水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)模型海水溫度和壓力光纖傳感器測(cè)量原理風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式黃色物質(zhì)吸收系數(shù)的光譜模型海水入侵預(yù)測(cè)模型M0rlet小波分離波浪模型FPSO縱搖運(yùn)動(dòng)的時(shí)間序列模型海洋兩層流體模型Spar平臺(tái)系泊系統(tǒng)模型Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方程經(jīng)典承載力計(jì)算公式換算沙壩不穩(wěn)定性理論分析低速運(yùn)動(dòng)船只撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析模型二維圓柱渦激振動(dòng)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(jī)理港內(nèi)不規(guī)則波傳播數(shù)學(xué)模型海洋平臺(tái)張力腿簡(jiǎn)化模型雙ο坐標(biāo)斜壓水流數(shù)值模型后臺(tái)階下游床面局部沖刷的數(shù)學(xué)模型聲波探測(cè)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(jì)算模型油氣爆炸作用下海洋平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)海面噪聲環(huán)境下聲壓與質(zhì)點(diǎn)振速的數(shù)學(xué)模型小波變換應(yīng)用與圖像處理的基本原理氣溶膠光學(xué)特性反演的原理鹽場(chǎng)遙感圖像模式識(shí)別方法模型 鉸接塔-油輪系統(tǒng)的耦合運(yùn)動(dòng)方程 海底熱流原位測(cè)量的計(jì)算公式海上輕型高架索補(bǔ)給系統(tǒng)的力學(xué)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(duì)海域水質(zhì)的影響預(yù)測(cè)模型海水溫度和壓力光纖傳感器測(cè)量原理風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)模式黃色物質(zhì)吸收系數(shù)的光譜模型海水入侵預(yù)測(cè)模型M0rlet小波分離波浪模型FPSO縱搖運(yùn)動(dòng)的時(shí)間序列模型海洋兩層流體模型Spar平臺(tái)系泊系統(tǒng)模型Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方程經(jīng)典承載力計(jì)算公式換算沙壩不穩(wěn)定性理論分析低速運(yùn)動(dòng)船只撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析模型二維圓柱渦激振動(dòng)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(jī)理港內(nèi)不規(guī)則波傳播數(shù)學(xué)模型海洋平臺(tái)張力腿簡(jiǎn)化模型雙ο坐標(biāo)斜壓水流數(shù)值模型后臺(tái)階下游床面局部沖刷的數(shù)學(xué)模型聲波探測(cè)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(jì)算模型油氣爆炸作用下海洋平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)縮窄江道時(shí)河寬的確定河口上游端垂向流速方程壓力式測(cè)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(yùn)動(dòng)模型比例邊界有限元法的數(shù)學(xué)模型系泊系統(tǒng)系纜的計(jì)算分析模型Spar平臺(tái)六自由度耦合運(yùn)動(dòng)方程環(huán)境載荷計(jì)算公式疲勞壽命評(píng)估方法鉆井隔水管運(yùn)動(dòng)方程平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)方程半潛平臺(tái)疲勞強(qiáng)度譜分析法的基本步驟海洋平臺(tái)的振動(dòng)控制方程磁流變阻尼器控制技術(shù)水下機(jī)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(shí)別原理深海取樣絞車(chē)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(cè)量平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的條件一種適合海洋環(huán)境溫度測(cè)量的新模型波浪沿斜面?zhèn)鞑ミ^(guò)程的數(shù)值模擬模型海底沉積物調(diào)查超聲無(wú)損測(cè)量模型黃海海域大氣波導(dǎo)過(guò)程分析模型WWATCH模式的基本原理傳真圖上地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)近似計(jì)算公式基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像分割波向檢測(cè)縮窄江道時(shí)河寬的確定河口上游端垂向流速方程壓力式測(cè)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(yùn)動(dòng)模型比例邊界有限元法的數(shù)學(xué)模型系泊系統(tǒng)系纜的計(jì)算分析模型Spar平臺(tái)六自由度耦合運(yùn)動(dòng)方程環(huán)境載荷計(jì)算公式疲勞壽命評(píng)估方法鉆井隔水管運(yùn)動(dòng)方程平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)方程半潛平臺(tái)疲勞強(qiáng)度譜分析法的基本步驟海洋平臺(tái)的振動(dòng)控制方程磁流變阻尼器控制技術(shù)水下機(jī)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(shí)別原理深海取樣絞車(chē)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(cè)量平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的條件一種適合海洋環(huán)境溫度測(cè)量的新模型波浪沿斜面?zhèn)鞑ミ^(guò)程的數(shù)值模擬模型海底沉積物調(diào)查超聲無(wú)損測(cè)量模型黃海海域大氣波導(dǎo)過(guò)程分析模型WWATCH模式的基本原理傳真圖上地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)近似計(jì)算公式基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像分割波向檢測(cè)

章節(jié)摘錄

　　海洋浮標(biāo)是一種現(xiàn)代化的海洋觀測(cè)設(shè)施。它具有全天候、全天時(shí)穩(wěn)定可靠的收集海洋環(huán)境資料的能力，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)標(biāo)示和自動(dòng)發(fā)送。海洋浮標(biāo)與衛(wèi)星、飛機(jī)、調(diào)查船、潛水器及聲波探測(cè)設(shè)備一起，組成了探測(cè)海洋奧秘的主體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。我國(guó)于20世紀(jì)60年代中期就已開(kāi)始海洋資料浮標(biāo)的研制工作，浮標(biāo)技術(shù)的發(fā)展已趨完善、成熟。目前，我國(guó)已能生產(chǎn)大、中、小三大類(lèi)型海洋資料浮標(biāo)和部分專(zhuān)用海洋浮標(biāo)。海洋資料浮標(biāo)是岸基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向海洋方面的延伸，對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)量，對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警報(bào)的作用是巨大的和不可缺少的。海洋資料浮標(biāo)有大型浮標(biāo)，主要用于惡劣條件下的海洋科學(xué)試驗(yàn)；中型浮標(biāo)主要用于幾百米水深的海域，小型浮標(biāo)主要用于近海或湖泊及河口的監(jiān)測(cè)。這些資料浮標(biāo)系統(tǒng)普遍采用了高可靠性的低功耗微處理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集控制的核心，應(yīng)用衛(wèi)星傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在能夠增加傳感器，擴(kuò)大浮標(biāo)的功能，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)浮標(biāo)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(yáng)能電池和蓄電池組合供電…。海洋資料浮標(biāo)有船形、球形、圓盤(pán)形、橢圓形、柱形等幾種。目前，我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)浮標(biāo)技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家基本處于同等水平，但有其顯著的特點(diǎn)。我國(guó)根據(jù)國(guó)情執(zhí)行了自己的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保持有一支穩(wěn)定的技術(shù)隊(duì)伍以及具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境保障，因此我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)技術(shù)及產(chǎn)品在性能價(jià)格比、操作使用和技術(shù)維護(hù)上更具優(yōu)勢(shì)。水面浮標(biāo)采用新型三錨系留系統(tǒng)，增強(qiáng)抗惡劣環(huán)境的能力，減少了浮標(biāo)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(shí)，三錨系留限制了水面浮標(biāo)的多圈轉(zhuǎn)動(dòng)，可避免水下的信號(hào)電纜與錨鏈的纏繞。

編輯推薦

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

圖書(shū)封面

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