草原植被生态系统的稳定性研究

发布时间：2017-08-14 06:18

  本文关键词：草原植被生态系统的稳定性研究

  更多相关文章： 非线性强迫奇异向量 SPG2算法 CNOP-P方法 草原荒漠化

【摘要】：草原荒漠化对环境、社会和经济造成的危害及损失日益加剧,荒漠化治理任务艰巨.草原荒漠化是极端气候、自然灾害、人为等多重因素造成的并且经过物理、化学、生物反应形成的非线性生态系统.研究草原植被生态系统的有效工具就是草原生态系统的动力学模式.而建立动力学模式必须经过模式参数化,可运用数学逻辑推理、物理定律或观测等方法来获得模式参数.但并不是所有的参数都可以由上述方法获得,目前的方法得到的模式参数值都会存在误差,因此造成模式模拟结果的不确定性.本文利用非线性强迫奇异向量(NFSV)法、强迫奇异向量(FSV)法、条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)法,在草原植被动力学模型的基础上研究该模型的模式误差,并分析模式对外强迫的敏感性,最后对模式进行非线性不稳定性分析.所得结论如下:(1)草原植被生态系统具有两种稳态:荒漠态和草原植被平衡态.随着外界条件的变化,该生态系统在两种状态之间演替.本文研究加入外强迫后草原植被动力学模式的变化,以此来研究模式误差.当依次加入逐渐减小的负向外强迫后,生态系统模式的分岔区间右移且增大;当依次加入逐渐增大的正向外强迫后,分岔区间逐渐缩小;当f=0.3406时,分岔区间消失.本文仅研究生态系统存在双稳态时的情况,故将外强迫约束在[-0.3,0.3]范围内.(2)比较FSV与NFSV两种倾向误差对草原植被生态系统模式稳定性的影响.对于不同的外强迫,草原植被量与降水率形成的分岔图也不同.故本文选取了三种具有代表性的降水率,并选择同种降水率下不同草原植被态为基态.对于不同基态,分别比较FSV和NFSV两种倾向误差所引起的模式的非线性发展变化.结果表明,NFSV扰动所导致的模式的非线性变化均比FSV引起的变化明显.(3)最后分别运用NFSV法与CNOP-P法对草原植被动力学模式进行干扰.CNOP-P代表参数扰动对模式的影响.而NFSV代表各个误差来源对模式的综合影响.CNOP-P法和NFSV法各具优势.
【关键词】：非线性强迫奇异向量 SPG2算法 CNOP-P方法 草原荒漠化
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O175
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 草原荒漠化的研究背景9
• 1.2 荒漠化土地现状9-10
• 1.3 研究意义及目的10-11
• 1.4 论文的主要结构及安排11-13
• 第二章 FSV 法、NFSV 法及 CNOP-P 法介绍13-19
• 2.1 模式预报的发展13-14
• 2.2 线性、非线性强迫奇异向量及其公式介绍14-16
• 2.2.1 线性、非线性强迫奇异向量的定义14-16
• 2.2.2 非线性强迫奇异向量的计算16
• 2.3 CNOP-P方法介绍16-19
• 第三章 FSV、NFSV方法在草原植被动力学模式中的应用19-41
• 3.1 草原植被动力学模型19
• 3.2 数值离散方法、优化算法及公式的推导过程19-23
• 3.2.1 优化算法—谱投影梯度法19-20
• 3.2.2 公式的推导过程20-23
• 3.3 切线、伴随模式和梯度检验23-26
• 3.3.1 切线性模式检验23-24
• 3.3.2 伴随检验24
• 3.3.3 梯度检验24-26
• 3.4 不同的外强迫下植被生态系统的分岔图的变化情况26-29
• 3.4.1 在负向的外强迫下模式分岔图的变化26-27
• 3.4.2 在正向的外强迫下模式分岔图的变化27-29
• 3.5 不同基态下草原植被生态系统的稳定性研究29-39
• 3.5.1 在不同的基态下FSV法、NFSV法的数值计算结果30-31
• 3.5.2 降水率R=1.1 所对应不同的植被状态的稳定性分析31-34
• 3.5.3 降水率R=1.0 对应不同的植被状态的的稳定性分析34-37
• 3.5.4 降水率R=0.89对应不同的植被状态的的稳定性分析37-39
• 3.6 本章小结39-41
• 第四章 CNOP-P法与NFSV法对草原植被生态系统的扰动发展41-45
• 4.1 CNOP-P法和NFSV法的数值计算结果41-42
• 4.2 CNOP-P法和NFSV法对原模式的扰动发展42-45
• 总结与展望45-47
• 参考文献47-51
• 研究生期间完成的论文以及所获奖项51-53
• 致谢53

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本文编号：671175