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

前言

細(xì)大盡力，莫敢怠荒，遠(yuǎn)邇辟隱，專務(wù)肅莊，端直敦忠，事業(yè)有常?！妒酚洝で厥蓟时炯o(jì)》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(duì)問題的動(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)問題與建立模型并不是直接有關(guān)的。于是，通過分析、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。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(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(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(jī)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到的，它的可靠性非常重要，這是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)來檢測(cè)。只有可靠性得到保證，才能用模型說明實(shí)際的生態(tài)問題；（4）解決生態(tài)問題時(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)來支持這一觀點(diǎn)。

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(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(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?！　　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(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)以及數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的意義。　　《數(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(jì)算公式波束的傳播路徑及指向角誤差計(jì)算公式變量極值擬合模型剪應(yīng)力計(jì)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(cè)定公式凈化效應(yīng)及其價(jià)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(jì)算公式GSTA模型1377Cs活度計(jì)算公式溶血指數(shù)計(jì)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(jì)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(jì)數(shù)據(jù)處理模型一種數(shù)值模擬方法懸沙動(dòng)力特征模型資源數(shù)量變動(dòng)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(jì)算公式大氣環(huán)流模型RAPD標(biāo)記多態(tài)性的計(jì)算光吸收系數(shù)的測(cè)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(jì)算公式水體流速與水體交換量計(jì)算公式M2分潮的數(shù)值模擬潛艇三維流場(chǎng)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型淺水模型風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)價(jià)模型多浮體運(yùn)動(dòng)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(biāo)二維淺水流動(dòng)方程自適應(yīng)有限元法數(shù)值計(jì)算模型水下滑翔機(jī)器人定?；柽\(yùn)動(dòng)分析無舵翼水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)水下接收信號(hào)的處理流程應(yīng)用于管道自由振動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中桿元排水體積及體積心計(jì)算河口海岸三維水流模型之地形擬合坐標(biāo)(σ坐標(biāo))模式cT-spar平臺(tái)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(shí)別方法水沙組合系數(shù)公式河口的動(dòng)力變化河口的地貌適應(yīng)性潮波運(yùn)動(dòng)控制方程及邊界條件河口海岸水動(dòng)力二維數(shù)值模型搭載平臺(tái)下潛的過程運(yùn)算單位寬度上的波浪能量的計(jì)算公式海洋平臺(tái)磁流變阻尼器控制技術(shù)海洋平臺(tái)的振動(dòng)控制方程模糊控制器的設(shè)計(jì)AUV檢測(cè)延時(shí)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(jì)Tmss Spar平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)疲勞壽命分析飽和海床一管線動(dòng)力相互作用的二維計(jì)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(dòng)力學(xué)模型SYA2-2型實(shí)驗(yàn)室鹽度計(jì)計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)恒定束寬波束形成器的窗函數(shù)法水下滑翔器的運(yùn)動(dòng)模型TMD一海洋平臺(tái)系統(tǒng)的振動(dòng)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(diǎn)系泊船的漂移力計(jì)算模型長江河口的時(shí)空數(shù)據(jù)模型窄帶混合高斯噪聲模型冰激振動(dòng)下的冰力模型及動(dòng)冰載荷海面反射率和觀測(cè)幾何的波浪模型遠(yuǎn)洋船舶定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型星載海洋高度計(jì)海面回波信號(hào)的統(tǒng)計(jì)高分辨圖像聲吶目標(biāo)模擬器的輸出信號(hào)模型波浪荷載的多元線性回歸函數(shù)水下球殼受激振動(dòng)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(cè)量高精度水下定位的坐標(biāo)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(jì)算模型直接協(xié)方差法測(cè)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(hào)的處理系統(tǒng)原理sAs測(cè)量水體表觀光學(xué)參數(shù)赤潮藻類生長營養(yǎng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)特性的數(shù)值計(jì)算紅外輻射計(jì)的標(biāo)定沖擊波時(shí)差法原理海管管跨渦激振動(dòng)可靠性與共振長度預(yù)測(cè)星載微波輻射計(jì)(SSM／I)亮溫反演海面風(fēng)速的反演模式大地電磁探測(cè)的麥克斯韋理論Ⅱ類水體光學(xué)特性的剖面測(cè)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(yùn)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(jí)生產(chǎn)力的重要因素之一。此外，由于細(xì)顆粒沉積物具有很強(qiáng)的吸附能力，往往是重金屬和氮、磷等污染物的載體，故其對(duì)河口和近岸地區(qū)的水質(zhì)特征具有重要意義。因此，對(duì)細(xì)顆粒沉積物的循環(huán)和輸運(yùn)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(gè)重要組成部分。高懸沙濃度環(huán)境下的顆粒態(tài)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)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(cè)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(yùn)用[1-5]。為測(cè)定流速而設(shè)計(jì)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(chǎng)采集水樣標(biāo)定ADCP聲學(xué)濁度數(shù)據(jù)，其測(cè)量結(jié)果可達(dá)到專用懸沙測(cè)量?jī)x器的精度[6-8]。長江口是一個(gè)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(dòng)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(xì)顆粒物質(zhì)過程的一個(gè)重要區(qū)域，已有研究包括細(xì)顆粒物質(zhì)的特征和輸運(yùn)過程、懸沙平面擴(kuò)散與懸沙鋒、最大渾濁帶形成、細(xì)顆粒物質(zhì)絮凝機(jī)理、絮凝體沉降速率以及近底部邊界層的泥沙運(yùn)動(dòng)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(duì)長江口地區(qū)的流速、懸沙濃度分布、懸沙輸運(yùn)特征以及垂向混合作用進(jìn)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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