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。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(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。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(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(guò)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(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?！　”緯?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)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

溫度誤差控制方程海洋結(jié)構(gòu)物內(nèi)應(yīng)力不可壓縮流體流動(dòng)的基本控制方程海水密度變化對(duì)耐壓殼體運(yùn)動(dòng)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(jì)算三角洲徑潮能量分布公式潮流發(fā)電的動(dòng)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(jì)算模型桶基受力計(jì)算挾沙能力公式系數(shù)的枚舉法潮流、風(fēng)暴潮耦合模型沉箱式防波堤靜力與動(dòng)力穩(wěn)定性土塞與管樁內(nèi)壁的相互作用模型海洋鉆井平臺(tái)購(gòu)置經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)模型荷載和地基反力系數(shù)計(jì)算振動(dòng)舒適度的煩惱率模型平底結(jié)構(gòu)砰擊壓力的仿真計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)計(jì)公式自動(dòng)航行模型分項(xiàng)系數(shù)的確定原則和方法移動(dòng)式海上基地(MOB)模型土力學(xué)極限承載力公式淺水超大型FPS0試驗(yàn)?zāi)Ｐ推诹鸭y擴(kuò)展模型鋪設(shè)期管道應(yīng)力計(jì)算鹽水?dāng)?shù)學(xué)模型流懸沙運(yùn)動(dòng)方程和河床變形公式船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)模型等效應(yīng)力幅計(jì)算纜索多體模型纜段受流場(chǎng)力公式流場(chǎng)的求解方程災(zāi)區(qū)水情水力的計(jì)算二氧化碳通量的計(jì)算原始生物大分子動(dòng)態(tài)的邏輯斯締方程森林碳儲(chǔ)量的計(jì)算產(chǎn)卵場(chǎng)平面平均渦量計(jì)算分布及測(cè)量的不確定度菹草生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型自然保護(hù)區(qū)與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)關(guān)系模式增強(qiáng)植被指數(shù)的計(jì)算土壤敏感性指數(shù)的計(jì)算進(jìn)化博弈的理論模型地類轉(zhuǎn)換傾向性模型區(qū)域氮素流動(dòng)模型遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型群落與天敵的時(shí)空動(dòng)態(tài)公式生態(tài)壓力指數(shù)評(píng)價(jià)模型……

章節(jié)摘錄

插圖：生態(tài)壓力是進(jìn)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(dāng)前利用生態(tài)壓力評(píng)價(jià)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(nèi)人口增長(zhǎng)對(duì)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(jì)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(guò)分析江河源區(qū)人類生產(chǎn)活動(dòng)的特點(diǎn)，利用壓力一狀態(tài)一響應(yīng)原理，構(gòu)建畜牧業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)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(dòng)態(tài)變化，客觀評(píng)估江河源區(qū)人類放牧活動(dòng)對(duì)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(shè)提供科學(xué)的理論依據(jù)。2公式國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)壓力的定義還沒(méi)有統(tǒng)一的界定，馮永忠等，對(duì)草地生態(tài)壓力定義為單位草地面積現(xiàn)實(shí)載畜量。人類生產(chǎn)活動(dòng)本身很復(fù)雜，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)演變的作用機(jī)制因人類活動(dòng)方式的不同而不同，很難直接定量分析人類生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)干擾程度。馮永忠等,引進(jìn)生態(tài)壓力指數(shù)概念，利用生態(tài)壓力指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化定量分析不同時(shí)期人類活動(dòng)對(duì)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(jí)生產(chǎn)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(shí)承載量之比，屬于一個(gè)無(wú)量綱的比值。利用理論載畜量與現(xiàn)實(shí)承載量的比值來(lái)計(jì)算生態(tài)壓力指數(shù)。牛態(tài)壓力指數(shù)=現(xiàn)實(shí)承載量／理論承載量。

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《數(shù)學(xué)模型在生態(tài)學(xué)的應(yīng)用及研究(12)》：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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