數(shù)學模型在生態(tài)學的應用及研究

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的。于是，通過分析、比較、計算和應用各種數(shù)學方法，建立反映實際的且具有意義的仿真模型。生態(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。生態(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生新的想法和實驗方法，并縮減實驗的數(shù)量，對選擇假設有所取舍，完善實驗設計。（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，它揭示內在的性質和本質的規(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。

內容概要

通過闡述數(shù)學模型在生態(tài)學的應用及研究，定量化地展示了生態(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)學模型在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮巨大作用。在科學技術迅猛發(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)學模型的應用、發(fā)展和研究的過程；分析不同領域、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)學模型應用于何種生態(tài)領域的研究；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?！　”緯饕獌热轂椋航榻B各種各樣的數(shù)學模型在生態(tài)學不同領域的應用，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)變化等領域的應用。詳細闡述了數(shù)學模型建立的背景、數(shù)學模型的組成和結構及其數(shù)學模型應用的意義?！　”緯m合氣象學、地質學、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)學等有關領域的科學工作者和相關學科的專家參閱，也適合高等院校師生作為教學和科研的參考。

書籍目錄

溫度誤差控制方程海洋結構物內應力不可壓縮流體流動的基本控制方程海水密度變化對耐壓殼體運動的影響公式水下拖曳系統(tǒng)的拖纜模型水波傳播的控制方程和定解條件湍流積分尺度的定義與計算三角洲徑潮能量分布公式潮流發(fā)電的動量求解模型丁壩沖刷的控制條件方程正態(tài)系列模型延伸法方程多成分錨泊線的參數(shù)特征海底輸液管道懸空段模型潛艇水平面與垂直面的線性模型海床表面的波壓力計算模型桶基受力計算挾沙能力公式系數(shù)的枚舉法潮流、風暴潮耦合模型沉箱式防波堤靜力與動力穩(wěn)定性土塞與管樁內壁的相互作用模型海洋鉆井平臺購置經濟風險模型荷載和地基反力系數(shù)計算振動舒適度的煩惱率模型平底結構砰擊壓力的仿真計算神經網絡及設計公式自動航行模型分項系數(shù)的確定原則和方法移動式海上基地(MOB)模型土力學極限承載力公式淺水超大型FPS0試驗模型疲勞裂紋擴展模型鋪設期管道應力計算鹽水數(shù)學模型流懸沙運動方程和河床變形公式船舶動力定位系統(tǒng)模型等效應力幅計算纜索多體模型纜段受流場力公式流場的求解方程災區(qū)水情水力的計算二氧化碳通量的計算原始生物大分子動態(tài)的邏輯斯締方程森林碳儲量的計算產卵場平面平均渦量計算分布及測量的不確定度菹草生長動力學模型自然保護區(qū)與當?shù)厣鐓^(qū)關系模式增強植被指數(shù)的計算土壤敏感性指數(shù)的計算進化博弈的理論模型地類轉換傾向性模型區(qū)域氮素流動模型遺傳神經網絡模型群落與天敵的時空動態(tài)公式生態(tài)壓力指數(shù)評價模型……

章節(jié)摘錄

插圖：生態(tài)壓力是進行區(qū)域生態(tài)安全、生態(tài)系統(tǒng)自我維持能力和人類干擾程度的主要方法之一。當前利用生態(tài)壓力評價區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的研究，主要集中在區(qū)域內人口增長對水資源、土地資源、能源資源的承載能力的研究方面，生態(tài)壓力定量計算方法有很多種。馮永忠等以21以青海省江河源區(qū)為例，通過分析江河源區(qū)人類生產活動的特點，利用壓力一狀態(tài)一響應原理，構建畜牧業(yè)生產活動對江河源區(qū)高寒草地的生態(tài)壓力指數(shù)模型，定量分析1961-2002年近40年江河源區(qū)草地生態(tài)壓力指數(shù)的動態(tài)變化，客觀評估江河源區(qū)人類放牧活動對該區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)演變的干擾程度，以期為江河源區(qū)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)建設提供科學的理論依據(jù)。2公式國內外對生態(tài)壓力的定義還沒有統(tǒng)一的界定，馮永忠等，對草地生態(tài)壓力定義為單位草地面積現(xiàn)實載畜量。人類生產活動本身很復雜，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)演變的作用機制因人類活動方式的不同而不同，很難直接定量分析人類生產活動對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)干擾程度。馮永忠等,引進生態(tài)壓力指數(shù)概念，利用生態(tài)壓力指數(shù)的動態(tài)變化定量分析不同時期人類活動對江河源區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度。生態(tài)壓力指數(shù)定義為單位草地面積初級生產量所承受的載畜量或者單位草地面積的理論載畜量和現(xiàn)實承載量之比，屬于一個無量綱的比值。利用理論載畜量與現(xiàn)實承載量的比值來計算生態(tài)壓力指數(shù)。牛態(tài)壓力指數(shù)=現(xiàn)實承載量／理論承載量。

編輯推薦

《數(shù)學模型在生態(tài)學的應用及研究(12)》：數(shù)學是結果量化的工具數(shù)學是思維方法的應用數(shù)學是研究創(chuàng)新的鑰匙數(shù)學是科學發(fā)展的基礎

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