本文關鍵詞：草原植被生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究

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【摘要】：草原荒漠化對環(huán)境、社會和經(jīng)濟造成的危害及損失日益加劇,荒漠化治理任務艱巨.草原荒漠化是極端氣候、自然災害、人為等多重因素造成的并且經(jīng)過物理、化學、生物反應形成的非線性生態(tài)系統(tǒng).研究草原植被生態(tài)系統(tǒng)的有效工具就是草原生態(tài)系統(tǒng)的動力學模式.而建立動力學模式必須經(jīng)過模式參數(shù)化,可運用數(shù)學邏輯推理、物理定律或觀測等方法來獲得模式參數(shù).但并不是所有的參數(shù)都可以由上述方法獲得,目前的方法得到的模式參數(shù)值都會存在誤差,因此造成模式模擬結果的不確定性.本文利用非線性強迫奇異向量(NFSV)法、強迫奇異向量(FSV)法、條件非線性最優(yōu)參數(shù)擾動(CNOP-P)法,在草原植被動力學模型的基礎上研究該模型的模式誤差,并分析模式對外強迫的敏感性,最后對模式進行非線性不穩(wěn)定性分析.所得結論如下:(1)草原植被生態(tài)系統(tǒng)具有兩種穩(wěn)態(tài):荒漠態(tài)和草原植被平衡態(tài).隨著外界條件的變化,該生態(tài)系統(tǒng)在兩種狀態(tài)之間演替.本文研究加入外強迫后草原植被動力學模式的變化,以此來研究模式誤差.當依次加入逐漸減小的負向外強迫后,生態(tài)系統(tǒng)模式的分岔區(qū)間右移且增大;當依次加入逐漸增大的正向外強迫后,分岔區(qū)間逐漸縮小;當f=0.3406時,分岔區(qū)間消失.本文僅研究生態(tài)系統(tǒng)存在雙穩(wěn)態(tài)時的情況,故將外強迫約束在[-0.3,0.3]范圍內(nèi).(2)比較FSV與NFSV兩種傾向誤差對草原植被生態(tài)系統(tǒng)模式穩(wěn)定性的影響.對于不同的外強迫,草原植被量與降水率形成的分岔圖也不同.故本文選取了三種具有代表性的降水率,并選擇同種降水率下不同草原植被態(tài)為基態(tài).對于不同基態(tài),分別比較FSV和NFSV兩種傾向誤差所引起的模式的非線性發(fā)展變化.結果表明,NFSV擾動所導致的模式的非線性變化均比FSV引起的變化明顯.(3)最后分別運用NFSV法與CNOP-P法對草原植被動力學模式進行干擾.CNOP-P代表參數(shù)擾動對模式的影響.而NFSV代表各個誤差來源對模式的綜合影響.CNOP-P法和NFSV法各具優(yōu)勢.
【關鍵詞】：非線性強迫奇異向量 SPG2算法 CNOP-P方法 草原荒漠化
【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O175
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 草原荒漠化的研究背景9
• 1.2 荒漠化土地現(xiàn)狀9-10
• 1.3 研究意義及目的10-11
• 1.4 論文的主要結構及安排11-13
• 第二章 FSV 法、NFSV 法及 CNOP-P 法介紹13-19
• 2.1 模式預報的發(fā)展13-14
• 2.2 線性、非線性強迫奇異向量及其公式介紹14-16
• 2.2.1 線性、非線性強迫奇異向量的定義14-16
• 2.2.2 非線性強迫奇異向量的計算16
• 2.3 CNOP-P方法介紹16-19
• 第三章 FSV、NFSV方法在草原植被動力學模式中的應用19-41
• 3.1 草原植被動力學模型19
• 3.2 數(shù)值離散方法、優(yōu)化算法及公式的推導過程19-23
• 3.2.1 優(yōu)化算法—譜投影梯度法19-20
• 3.2.2 公式的推導過程20-23
• 3.3 切線、伴隨模式和梯度檢驗23-26
• 3.3.1 切線性模式檢驗23-24
• 3.3.2 伴隨檢驗24
• 3.3.3 梯度檢驗24-26
• 3.4 不同的外強迫下植被生態(tài)系統(tǒng)的分岔圖的變化情況26-29
• 3.4.1 在負向的外強迫下模式分岔圖的變化26-27
• 3.4.2 在正向的外強迫下模式分岔圖的變化27-29
• 3.5 不同基態(tài)下草原植被生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究29-39
• 3.5.1 在不同的基態(tài)下FSV法、NFSV法的數(shù)值計算結果30-31
• 3.5.2 降水率R=1.1 所對應不同的植被狀態(tài)的穩(wěn)定性分析31-34
• 3.5.3 降水率R=1.0 對應不同的植被狀態(tài)的的穩(wěn)定性分析34-37
• 3.5.4 降水率R=0.89對應不同的植被狀態(tài)的的穩(wěn)定性分析37-39
• 3.6 本章小結39-41
• 第四章 CNOP-P法與NFSV法對草原植被生態(tài)系統(tǒng)的擾動發(fā)展41-45
• 4.1 CNOP-P法和NFSV法的數(shù)值計算結果41-42
• 4.2 CNOP-P法和NFSV法對原模式的擾動發(fā)展42-45
• 總結與展望45-47
• 參考文獻47-51
• 研究生期間完成的論文以及所獲獎項51-53
• 致謝53

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本文編號：671175