福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架 - 副本.pdf

福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架的构建 及应用实例研究 摘 要 福田红树林自然保护区因其面积小、靠近城市中心等特点，湿地生态系统的 生态健康较为脆弱，因此迫切需要构建湿地动态监测、生态健康评估及预警系统 来支撑其保护、管理工作。本文中我们基于数学建模的方法为福田红树林湿地构 建新型的生态系统动态监测和健康评估及预警科学管理支撑体系框架。 针对福田红树林生态系统一体化生态系统模型框架的构建问题，我们采用生 态学专用的EwE 软件，构建了福田红树林湿地生态系统的Ecopath 模型，使用 该模型构建红树林湿地的生态场景。首先，我们采用Q 型聚类方法，使用SPSS 22.0 15 软件对湿地内生物进行聚类分析，科学地划分了 个功能组，并通过文献 调研的方式确定各个功能组参数，建立具体的Ecopath模型。基于该模型，我们 对福田红树林生态系统的物质循环、能量流动、生态位重叠、混合营养效应等进 行定量描述，完整地还原了福田红树林湿地生态系统的全貌。 针对福田红树林湿地的动态监测问题，我们考虑到遥感技术在生态监测中的 巨大优势，选取动态度作为红树林监测的指标，采用相关系数与光谱角方法对福 田红树林区光谱图像进行匹配与分类。针对传统分类监测方法手段中存在的弊 端，我们采用基于Kohonen 自组织神经网络的红树林遥感图像分类方法，大大 提高了福田红树林保护区动态监测的效率和准确性。 针对福田红树林的动态评价问题，我们基于PSR 理论，并考虑到传统模型 建立过程中存在的主观性强的问题，综合使用层次分析法和熵值取权法，建立组 合权重向量，既避免了主观性强的问题，又不至于使权向量的选取脱离实际。结 合因子分析法对评价指标的整合筛选，较好地建立了福田红树林湿地生态系统的 动态评价模型。 针对福田红树林生态发展趋势的预测问题，我们选取福田红树林湿地面积作 为红树林生态发展趋势的代表性指标，考虑到历史数据不足的因素，为减小预测 误差，我们结合灰色预测GM （1,1）模型和GRNN 神经网络模型，通过权值优 化，建立组合预测模型，成功预测了未来5年福田红树林保护区的面积变化，并 根据预测结果提出了针对性建议。 最后，我们针对论文中建立的福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架 进行优缺点分析，为模型进一步改进提供方向。 关键词： 福田红树林 Ecopath模型 Q 型聚类 Kohonen 自组织神经网络 熵值取权法 组合预测模型 一、问题重述 与国内外其他大规模湿地生态系统相比，福田红树林自然保护区因其面积 小，湿地生态系统的生态健康更加脆弱，迫切需要构建湿地动态监测、生态健康 评估及预警系统来支撑其保护、管理工作。但目前的生态健康评价主要采用基于 抽样监测数据和专家经验的静态方法，仅仅围绕主要生物因子开展调查而没有覆 盖到噪声、大气等环境因子，而且监测点信息的时间、空间离散度较大 （时间间 隔较长、测点密度过于稀疏），致使难以完全满足福田红树林自然保护区科学管 理的实际需要。因此，保护区准备用三至五年的时间完成保护管理数字化支撑平 台建设，其中构建新型的生态系统动态监测和健康评估及预警科学管理支撑体系 是重要工作内容。 鉴于上述情况，请你们查询相关资料，为福田红树林湿地构建一体化生态 系统模型框架，为生态系统动态监测提供大数据管理支撑平台，为生态系统健康 评估及预警提供动态模拟分析支撑平台。 例如，模型框架可由若干生态场景模型组成，生态场景模型以量化方式描 述红树林湿地中各种生物、生境的空间结构和生态功能；模型框架应能通过刻画 生态场景模型之间的关系实现对湿地生态系统能量流动、物质循环等物种依存竞 争关系的动态描述；依托具体的生态场景模型可建设具体的保护、管理业务场景 信息系统；全体保护、管理业务场景信息系统基于一体化生态系统模型框架，可 以形成完整的生态系统动态监测和健康评估及预警科学管理支撑体系。 然后，请你们基于自己构建的模型框架完成下述工作： 1、如果福田红树林自然保护区采用你们设计的模型框架来构建湿地动态监 测和健康评估预警系统，你们如何根据模型框架的数据构成要求设计保护区未来 的生态环境监测方