第二章模型组成和类型.ppt

第二章 生态模型的组成和类型 简单实例：湖泊P的循环模型 状态变量 State variables：PS、PA 强制函数 Forcing functions：入流、出流流量及其中的PS与PA含量；温度、太阳辐射等。 生态过程 Ecological Processes： (1)藻类P吸收 P uptake of algae; (2)藻类P释放 P release of algae; (3) P 随入流的输入 P input by inflow; (4) P 随出流的输出 P output by outflow 状态方程： dPS/dt = (流入-流出-被藻类吸收+藻类释放) = (PIN-PS)*(Q/V)-(?-R)*PA dPA/dt = (藻类吸收-流出-藻类释放) =(? - R – (Q/V))*PA 率、系数方程： ? = S * PA/（PS+K） S = Smax *（1 + Sin(0.008603 * t)） 式中：?：藻类生长率 R：藻类释放速率 (1/d) K：藻类吸收P的米氏常数（g P/m3） S：太阳辐射函数 Smax：最大太阳辐射强度 Q：出入流流量（m3） V：湖泊体积（m3） 2.1 模型的组成 5个部分： 状态变量 State variables 强制函数或外部变量 Forcing functions 数学方程 Equations 参 数 Parameters 通用常数 Constants Model Elements State variables: describing the state of the system (internal variables) Forcing functions: describing the external impact on the system (external variables) Controllable: pollutant input, management methods Uncontrollable: solar radiation, temperature Equations: describing the processes, i.e. the relationships between State variables and Forcing Functions Parameters: (coefficients in the equations) Constants: (physical and chemical) 2.1 模型的组成（续） 状态变量 State variables ： 是描述生态系统状态的变量； 状态变量的选择影响模型的结构和复杂性； 大多数模型所包含的状态变量的数目多于管理直接需要的数目； 当模型用于管理时，可通过改变强制函数来预测状态变量的值； 因为生态系统关系的复杂性，必须引入一些附加的状态变量。如，在许多富营养化模型中，除营养物浓度和浮游植物浓度外，还有浮游动物浓度、鱼的浓度、悬浮物浓度等态变量。 2.1 模型的组成（续） 强制函数或外部变量Forcing functions ： 它们是影响生态系统状态的外部变量或函数； 可用模型来预测强制函数随时间而改变时生态系统所发生的变化； 人为控制函数：可由人类控制的强制函数。如污染物的输入、矿物燃料的消耗、捕鱼方式的改变等； 自然控制函数：由自然控制的强制函数。如温度、太阳辐射和雨量等。 2.1 模型的组成（续） 数学方程 Equations ： 描述生态系统中的生物、化学、物理过程； 表示强制函数与状态变量之间的关系； 生态系统中生态过程的相似性，使相同的方程可用在不同的模型中； 在生态学中，目前还不可能用一个方程来代表一个特定过程； 大多数过程可以有几种数学表示式，它们都是同样有效的。 2.1 模型的组成（续） 参 数Parameters ： 是生态过程数学表达式中的系数； 对一个特定的生态系统或生态系统的某一部分，参数可以看作常数； 在某些模型中，参数具有的确定意义，例如，浮游植物的最大长率； 许多参数只知道其值的范围，只有少量的参数知道其确切数值； 参数有三种确定方法：文献法、实验法、校正法。 2.1 模型的组成（续） 通用常数Constants ： 如气体常数、分子量等等 这些常数不是校