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

前言

細大盡力，莫敢怠荒，遠邇辟隱，專務(wù)肅莊，端直敦忠，事業(yè)有常。——《史記·秦始皇本紀》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(xué)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(xué)方法，建立反映實際的且具有意義的仿真模型。生態(tài)數(shù)學(xué)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(yù)測自然發(fā)展狀況。生態(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。模型研究要特別注意：（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)、本質(zhì)的規(guī)律，來解釋生態(tài)現(xiàn)象的機制、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(xué)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(xué)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

　　《數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究（8）》通過闡述數(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程，揭示生態(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(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，通過該書的學(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?！　　稊?shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究（8）》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(xué)模型建立的背景、數(shù)學(xué)模型的組成和結(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的意義?！　　稊?shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究（8）》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)科的專家參閱，也適合高等院校師生作為教學(xué)和科研的參考。

書籍目錄

防波堤全壽命成本公式破碎波數(shù)值模型空間斥力位能計算公式波束的傳播路徑及指向角誤差計算公式變量極值擬合模型剪應(yīng)力計算公式景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)研究模型地?zé)嵫芯磕Ｐ瓦^氧化氫酶活力的測定公式凈化效應(yīng)及其價值估算公式各水質(zhì)參數(shù)之間的相互關(guān)系公式吸附熱計算公式GSTA模型1377Cs活度計算公式溶血指數(shù)計算公式沉積物的類型命名公式非恒定流數(shù)學(xué)模型分形幾何模型新型海面氣壓模型遙感反射率計算公式聚類指數(shù)增長模型GM(1，1)灰色模型衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)處理模型一種數(shù)值模擬方法懸沙動力特征模型資源數(shù)量變動基本模型海洋生態(tài)模型中的伴隨同化方法頂體酶活力計算公式大氣環(huán)流模型RAPD標記多態(tài)性的計算光吸收系數(shù)的測定公式上升流的數(shù)值模型秩相關(guān)系數(shù)法海岸線分維的量規(guī)法計算公式水體流速與水體交換量計算公式M2分潮的數(shù)值模擬潛艇三維流場計算的數(shù)學(xué)模型淺水模型風(fēng)險概率評價模型多浮體運動的三維線性頻域理論0-1混合邊界元法規(guī)則波在岸坡上的破碎指標二維淺水流動方程自適應(yīng)有限元法數(shù)值計算模型水下滑翔機器人定?；柽\動分析無舵翼水下機器人的運動模型重錘的物理模型導(dǎo)管架夾樁器受力分析二階非線性與色散的Boussinesq方程波浪爬高折減系數(shù)計算方法漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的描述和建模潮流定床模型水流運動水下接收信號的處理流程應(yīng)用于管道自由振動的Fliigge方程環(huán)向表面裂紋管道功率流的求解公式導(dǎo)管架下水運動過程中桿元排水體積及體積心計算河口海岸三維水流模型之地形擬合坐標(σ坐標)模式cT-spar平臺疲勞壽命分析雙層海底管道屈曲解析分析多自由度線性系統(tǒng)的參數(shù)識別方法水沙組合系數(shù)公式河口的動力變化河口的地貌適應(yīng)性潮波運動控制方程及邊界條件河口海岸水動力二維數(shù)值模型搭載平臺下潛的過程運算單位寬度上的波浪能量的計算公式海洋平臺磁流變阻尼器控制技術(shù)海洋平臺的振動控制方程模糊控制器的設(shè)計AUV檢測延時模型AuV定位的蒙特卡洛模擬深水網(wǎng)箱抗風(fēng)浪流性能的統(tǒng)計Tmss Spar平臺管節(jié)點疲勞壽命分析飽和海床一管線動力相互作用的二維計算模型單應(yīng)答器導(dǎo)航的基本原理湍流剖面儀系統(tǒng)動力學(xué)模型SYA2-2型實驗室鹽度計計算公式實現(xiàn)恒定束寬波束形成器的窗函數(shù)法水下滑翔器的運動模型TMD一海洋平臺系統(tǒng)的振動方程黃海西朝鮮灣的二維潮流泥沙模型基于DSP6711的OFDM的基本原理利用粗集理論的聲吶圖像平滑拖曳系統(tǒng)的纜索數(shù)學(xué)模型二類水體表觀光學(xué)特性的剖面法單點系泊船的漂移力計算模型長江河口的時空數(shù)據(jù)模型窄帶混合高斯噪聲模型冰激振動下的冰力模型及動冰載荷海面反射率和觀測幾何的波浪模型遠洋船舶定量風(fēng)險評估模型星載海洋高度計海面回波信號的統(tǒng)計高分辨圖像聲吶目標模擬器的輸出信號模型波浪荷載的多元線性回歸函數(shù)水下球殼受激振動和聲輻射的解析解基本公式二類水體表觀光學(xué)特性的水面之上法測量高精度水下定位的坐標旋轉(zhuǎn)變換算法模型Boussinesq方程的源函數(shù)數(shù)值造波模型三維源匯分布法的波浪力計算模型直接協(xié)方差法測量海氣通量聲吶圖像多區(qū)域分割的模糊聚類算法港池中波浪折射、繞射的數(shù)值模擬方法數(shù)字ADCP信號的處理系統(tǒng)原理sAs測量水體表觀光學(xué)參數(shù)赤潮藻類生長營養(yǎng)動力學(xué)模型氣溶膠的光學(xué)厚度與反射率比線圈釋放式溫、鹽、深探頭運動特性的數(shù)值計算紅外輻射計的標定沖擊波時差法原理海管管跨渦激振動可靠性與共振長度預(yù)測星載微波輻射計(SSM／I)亮溫反演海面風(fēng)速的反演模式大地電磁探測的麥克斯韋理論Ⅱ類水體光學(xué)特性的剖面測量

章節(jié)摘錄

插圖：在河口和近岸地區(qū)，沉積物再懸浮及其輸運是導(dǎo)致底質(zhì)重新分布、增加水體與底質(zhì)的物質(zhì)交換的重要原因，也是形成最大渾濁帶、改變沖淤分布狀況以及影響初級生產(chǎn)力的重要因素之一。此外，由于細顆粒沉積物具有很強的吸附能力，往往是重金屬和氮、磷等污染物的載體，故其對河口和近岸地區(qū)的水質(zhì)特征具有重要意義。因此，對細顆粒沉積物的循環(huán)和輸運的研究是河口和近岸陸架生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)研究不可或缺的一個重要組成部分。高懸沙濃度環(huán)境下的顆粒態(tài)物質(zhì)運動過程具有多變的特征，使得傳統(tǒng)水樣采集的工作量顯著增加；由于水體濁度較高，使得常規(guī)光學(xué)儀器的使用也受到限制。因此，利用聲學(xué)原理觀測海水中的懸沙濃度，具有高分辨率、遙感等特征，近年來愈加受到重視和運用[1-5]。為測定流速而設(shè)計的ADCP，除了可獲得三維的流速剖面數(shù)據(jù)外，其輸出數(shù)據(jù)中還含有聲學(xué)的濁度信息，通過現(xiàn)場采集水樣標定ADCP聲學(xué)濁度數(shù)據(jù)，其測量結(jié)果可達到專用懸沙測量儀器的精度[6-8]。長江口是一個典型高懸沙濃度環(huán)境，口門外有著巨大的水下三角洲沉積體系。河口既受到上游輸送而來的巨量徑流、泥沙的影響，還受外海潮汐和近岸環(huán)流的影響，動力條件較為復(fù)雜，口門地區(qū)的地形沖淤多變。因此，長江口地區(qū)歷來是眾多學(xué)者研究細顆粒物質(zhì)過程的一個重要區(qū)域，已有研究包括細顆粒物質(zhì)的特征和輸運過程、懸沙平面擴散與懸沙鋒、最大渾濁帶形成、細顆粒物質(zhì)絮凝機理、絮凝體沉降速率以及近底部邊界層的泥沙運動等方面[9]。本研究應(yīng)用ADCP在長江口獲得的高頻、高分辨率三維流速和懸沙濃度數(shù)據(jù)，對長江口地區(qū)的流速、懸沙濃度分布、懸沙輸運特征以及垂向混合作用進行了分析和研究[10]。

編輯推薦

《數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究(8)》: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)

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