导语

  

内容提要

  

    石洪华、沈程程、刘永志等著的《典型海洋生态系统动力学模型构建应用及发展》针对海洋生态动力学研究中模型稳定性、可靠性、预测精度和参数优化等难点和前沿问题，分别从模型构建的基础理论、方法、典型案例等方面开展了研究。提出了海洋生态动力学的学科定位和模型分类方法，分析了影响建模的关键海洋生态过程，提出了海洋生态动力学模型性能提升的技术框架，分析并评述了基于端到端方式的海洋生态动力学模型研究进展、存在的困难和挑战，提出并推导了用于分析一类自守恒海洋生态动力学模型解稳定性的降维定理。构建了基于不同生长阶段的浒苔生长模型、近海养殖区生态系统模型、近海生物-物理耦合模型和水质模型，并从情景模拟、灵敏度分析、参数优化等方面开展了应用研究；此外，基于人工神经网络、元胞自动机、统计动力学等现代计算方法构建了几类新型海洋生态动力学模型，并开展了案例应用研究。
    本书适合于研究海洋生态系统演变机制、开展海洋生态系统模拟、预测和调控的各类专业技术人员、管理人员和相关专业的研究生参考使用。

第1章  海洋生态动力学研究背景与典型模型特征
  1.1 海洋生态动力学学科定位
  1.2 海洋生态动力学建模研究的必要性
  1.3 海洋生态动力学模型研究进展
  1.4 海洋生态动力学模型分类
  1.5 典型模型及特征简析
    1.5.1 海洋种群动力学模型
    1.5.2 海洋生物地球化学模型
    1.5.3 人与自然耦合的海洋生态动力学模型
    1.5.4 海岸带复合生态系统模型
  1.6 本书主要研究内容
  参考文献
第2章  海洋生态动力学模型研究的主要生态过程及其理论基础
  2.1 海洋生态因子
    2.1.1 生态因子
    2.1.2 生态因子的分类
    2.1.3 最小因子定律与限制因子
    2.1.4 耐受限度
    2.1.5 限制因子的实践意义
  2.2 主要海洋非生物生态因子及其生态作用
    2.2.1 光照
    2.2.2 光照与藻类光合速率的关系
    2.2.3 温度
    2.2.4 营养盐
  2.3 海洋生态系统的初级生产和次级生产
    2.3.1 初级生产力
    2.3.2 影响初级生产力的主要因素
    2.3.3 海洋初级生产力的分布
    2.3.4 次级生产力与海洋生态系统的能量流动
  2.4 海洋生态系统的分解作用与生物地球化学循环
    2.4.1 分解作用
    2.4.2 有机颗粒物的沉降与分解
    2.4.3 沉积物中的营养物质循环
    2.4.4 碳循环
    2.4.5 氮循环
    2.4.6 磷循环
    2.4.7 硫循环
  2.5 典型海洋生态系统类型
    2.5.1 河口、海湾生态系统
    2.5.2 盐沼湿地生态系统
    2.5.3 海岛生态系统
    2.5.4 海草床生态系统
    2.5.5 红树林生态系统
    2.5.6 珊瑚礁生态系统
    2.5.7 大洋深海生态系统
  参考文献
第3章  海洋生态动力学模型稳定性分析
  3.1 一类简单的自守恒海洋生态动力学模型构建
  3.2 模型解的存在性与唯一性
    3.2.1 模型简化
    3.2.2 解的存在性与唯一性证明
  3.3 模型非奇异平衡解的稳定性
    3.3.1 问题描述
    3.3.2 线性近似方法在分析模型稳定性方面的不适用性
    3.3.3 克拉索夫斯基(Lyapunov-Krasovski)方法的局限性
    3.3.4 降维方法的适用性
  3.4 基于降维方法的模型稳定性的理论分析及模拟验证
    3.4.1 NPZ模型的稳定性分析及模拟验证
    3.4.2 NPZD模型的稳定性分析及模拟验证
  3.5 各模型对于特定的参数满足Hopf分岔的条件
    3.5.1 预备知识
    3.5.2 NPZ模型
    3.5.3 NPZK模型
    3.5.4 NPZD模型
  3.6 小结
  参考文献
第4章  海洋生态动力学模型性能提升技术研究
  4.1 海洋生态动力学模型性能提升技术框架构建
    4.1.1 海洋生态动力学模型性能影响因素分析
    4.1.2 基于参数优化的模型性能提升策略
    4.1.3 海洋生态动力学模型性能提升技术框架
  4.2 用于模型校验的参数优化策略设计
    4.2.1 采用参数灵敏度分析确定待优化参数
    4.2.2 模型参数优化方法选取
  4.3 用于模型验证的模型性能评估
    4.3.1 估算同化模型拟合度的不同方法
    4.3.2 用于同化模型性能评估的不同验证数据
  4.4 海洋生态动力学模型性能提升述评一
    4.4.1 海洋生态动力学模型复杂性要求全局性处理
    4.4.2 充分利用观测数据提高模型性能
    4.4.3 考察模型不确定性以定量分析模型优化影响因素
  4.5 小结
  参考文献
第5章  近海浒苔生长模型构建及应用
  5.1 浒苔生长模型
    5.1.1 幼体浒苔生物量
    5.1.2 成熟浒苔生物量
    5.1.3 浒苔内部氮含量
    5.1.4 浒苔内部磷含量
  5.2 浒苔生长模拟结果
  5.3 基于全局灵敏度分析的浒苔生长关键影响参数分析
    5.3.1 基于Morris抽样的参数全局灵敏度分析方法
    5.3.2 参数全局灵敏度分析结果
    5.3.3 待优化参数确定
    5.3.4 浒苔生长影响参数分析
    5.3.5 全局灵敏度方法的优势分析
  5.4 小结
  参考文献
第6章  近海海带养殖区浮游生态系统模型构建及应用
  6.1 近海海带养殖区浮游生态系统模型构建
    6.1.1 NPZKD模型构建
    6.1.2 NPZKD模型参数化与初值
  6.2 海带养殖对浮游生态系统影响的情景模拟
    6.2.1 有陆源营养盐补充时的海带养殖密度情景模拟
    6.2.2 无陆源营养盐补充时的海带养殖密度情景模拟
  6.3 基于局部灵敏度分析的海带养殖关键影响参数分析
    6.3.1 局部灵敏度分析方法
    6.3.2 模型状态变量对初值变化的响
    6.3.3 模型状态变量对参数变化的响应
  6.4 基于Morris抽样的海带养殖关键影响参数全局灵敏度分析
    6.4.1 参数全局灵敏度分析设置
    6.4.2 参数全局灵敏度分析结果
  6.5 基于Sobol法的海带养殖关键影响参数全局灵敏度分析
    6.5.1 基于Sobol法的参数全局灵敏度分析方法
    6.5.2 参数全局灵敏度分析设置
    6.5.3 参数全局灵敏度分析结果
  参考文献
第7章  近海生物-物理耦合模型的构建及应用
  7.1 渤海海域潮流场数值模拟
    7.1.1 水动力模型理论基础
    7.1.2 渤海水动力模型设置
    7.1.3 渤海海域潮流场模拟结果
    7.1.4 渤海水动力模型模拟结果验证
  7.2 莱州湾生物-物理耦合模型构建
    7.2.1 海洋生态动力学模型理论基础
    7.2.2 莱州湾生态动力学模型设置
  7.3 莱州湾生态动力学模型模拟结果
  7.4 河流人海污染对莱州湾生态系统影响的情景模拟
  参考文献
第8章  全局灵敏度分析和参数优化方法在近岸水质-物理耦合模型中的应用
  8.1 模型考虑的主要生物化学过程
    8.2.1 浮游植物的生长过程
    8.2.2 浮游植物的死亡过程
    8.2.3 浮游动物的捕食过程
    8.2.4 浮游动物的死亡过程
    8.2.5 浮游动物的排泄和被捕食
    8.2.6 溶解有机氮的收支过程
    8.2.7 铵氮的收支过程
    8.2.8 硝态氮的收支过程
    8.2.9 溶解氧的收支过程
    8.2.10 磷酸盐和溶解有机磷的收支
  8.3 模型的差分格式
  8.4 伴随模式建立
  8.5 水质模型设定
  8.6 全局化灵敏度分析
  8.7 参数优化
  8.8 小结
  参考文献
第9章  基于人工神经网络和元胞自动机的海洋生态动力学建模
  9.1 基于人工神经网络的近海浮游植物生物量模拟
    9.1.1 基于BP人工神经网络的近海生态动力学模型构建
    9.1.2 基于人工神经网络模拟近海浮游植物生物量的案例应用
    9.1.3 小结
  9.2 基于元胞自动机的水母伤人风险评估及预警模型
    9.2.1 基于元胞自动机的水母预警模型构建
    9.2.2 水母伤人风险评估及预警结果分析
    9.2.3 小结
  参考文献
第10章  一类基于统计动力学方法的海洋生态动力学模型及其应用研究
  10.1 研究背景
  10.2 基于统计动力学的模型
  10.3 典型海湾生态系统演变案例研究
  10.4 结果
  10.5 讨论
  参考文献
第11章  基于端到端方式的海洋生态动力学模型发展趋势
  11.1 基于端到端方式的海洋生态动力学模型类型
    11.1.1 低营养级和高营养级模型的耦合
    11.1.2 完整生态系统的综合表征
  11.2 基于端到端方式的海洋生态动力学建模的挑战
    11.2.1 不同分辨率的整合
    11.2.2 模型不确定性处理
参考文献