數學模型在生態學的應用及研究（37） [The Application and Research of Mathematical Model in Ecology] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊東方，陳豫 著

圖書標籤:

• 數學模型
• 生態學
• 應用研究
• 生態建模
• 數學生物學
• 種群動態
• 係統生態學
• 環境科學
• 生物數學
• 模型分析

齣版社： 海洋齣版社

ISBN：9787502796792

版次：1

商品編碼：12182920

包裝：平裝

外文名稱：The Application and Research of Mathematical Model in Ecology

開本：16開

齣版時間：2017-03-01

用紙：膠版紙

頁數：308

字數：480000##

內容簡介

　　通過闡述數學模型在生態學的應用和研究，定量化的展示生態係統中環境因子和生物因子的變化過程，揭示生態係統的規律和機製，以及其穩定性、連續性的變化，使生態數學模型在生態係統中發揮巨大作用。在科學技術迅猛發展的今天，通過該書的學習，可以幫助讀者瞭解生態數學模型的應用、發展和研究的過程；分析不同領域、不同學科的各種各樣生態數學模型；探索采取何種數學模型應用於何種生態領域的研究；掌握建立數學模型的方法和技巧。此外，該書還有助於加深對生態係統的量化理解，培養定量化研究生態係統的思維。
　　《數學模型在生態學的應用及研究（37）》主要內容為：介紹各種各樣的數學模型在生態學不同領域的應用，如在地理、地貌、水文和水動力，以及環境變化、生物變化和生態變化等領域的應用。詳細闡述瞭數學模型建立的背景、數學模型的組成和結構以及其數學模型應用的意義。
　　《數學模型在生態學的應用及研究（37）》適閤氣象學、地質學、海洋學、環境學、生物學、生物地球化學、生態學、陸地生態學、海洋生態學和海灣生態學等有關領域的科學工作者和相關學科的專傢參閱，也適閤高等院校師生作為教學和科研的參考。

內頁插圖

目錄

區域水土流失的預測公式
山地林道網的土壤侵蝕模型
非飽和土壤的坡麵産流模型
泥石流的地貌災害預測模型
雙裂蟹甲草的淨光閤速率模型
滑坡危險度的區劃公式
小流域的侵蝕産沙模型
泥石流與江河水流的交匯流動方程
排導槽中泥石流的流速方程
縣城遷建的選址模型
物種價值的係數計算
土質邊坡的穩定性模型
陣性泥石流的周期性模型
滑坡變形的預測模型
土壤的退化程度模型
林地植被的生長判彆函數
地類的損失麵積公式
農戶投資的效益公式
滑坡災害的預測模型
風景區的景觀格局模型
玉米葉片的幾何造型函數
參考作物的蒸散量模型
渠道輪灌的優化配水模型
田間騰發量的計算模式
砂質夾層土壤的人滲計算
拋秧機的輸秧運動方程
塔裏木盆地的潛水蒸發公式
水稻的動態産量模型
發動機的調速特性模型
柴油機的自動控製模型
平整土方量的計算
斜齒圓柱齒輪的傳動優化模型
溫室環境的預測模型
顆粒飼料的熱物性模型
土地利用的變化幅度公式
蘋果的等級判彆係統模型
坡麵的入滲模型
果蔬呼吸的強度模型
皮棉的雜質縴維檢測函數
排種器的護種模型
射陽港的工程潮位公式
集裝箱船舶的抵港模型
樁柱周圍的海底衝刷模式
海浪及水質點的運動模型
海浪譜的高階譜矩計算
海上建築物的硬化彈性模型
沿岸的搬運公式
高頻的復介電常數計算
潮位潮流的模擬公式
沉箱的動力響應模型
波浪的周期方程
潮間淺灘的泥沙運移模型
含水層的對流彌散模型
海洋的固有光學特性方程
地質環境係統的評價模型
鹽水土壤的介電模型
負壓桶的運動模型
海灣的固有振動周期公式
氣候係統的吸引子模型
係泊工程的樁基計算
負壓桶的桶基模型
聯閤播種機的播量公式
降雨影響的優先流公式
水草粉碎的預測模型
滴灌土壤的水分運動模型
履帶車輛的液壓功率公式
土壤水分的垂直變異模型
機滾船犁的轉彎穩定模型
日光溫室的適應性模型
土地利用的覆被空間模型
農業水資源的利用效率模型
核桃的脫殼模型
水稻葉片的氣孔導度模型
水資源的潛水均衡方程
鏇渦泵流道截麵的流場方程
毛桃苗的嫁接模型
迷宮滴頭的水力特性模型
灌水滴頭的流體模型
灌區排水的控製模型
土地利用的可持續評價函數
駕駛室的聲學靈敏度模型
豆芽棚的滑坡公式
風雪流的運動阻力公式
泥石流的預測模型
泥石流危險度的區劃模型
泥石流暴發的規模模型
防護林的演替方程
洪澇災害的區劃公式
降雨與泥石流的關係式
滑坡和泥石流的危險度模型
山丘區匹配開發的評價公式
土粒度成分的分維公式
泥石流等級和災度的劃分公式
古鄉溝泥石流的流速公式
土壤水分的變化公式
岩體的卸荷特性公式
山地的生態評價模式
森林植被的多樣性公式
流域洪水的特徵模型
泥石流的衝擊模型
蔬菜基地的環境評價公式

前言/序言

　　數學模型研究可以分為兩大方麵：定性和定量。要定性地研究，提齣的問題是“發生瞭什麼或者發生瞭沒有”。要定量地研究，提齣的問題是“發生瞭多少或者它如何發生的”。前者是對問題的動態周期、特徵和趨勢進行瞭定性的描述，而後者是對問題的機製、原理、起因進行瞭定量化的解釋。然而，生物學中有許多實驗問題與建立模型並不是直接有關的。於是，通過分析、比較、計算和應用各種數學方法，建立反映實際的且具有意義的仿真模型。
　　生態數學模型的特點為：（1）綜閤考慮各種生態因子的影響。（2）定量化描述生態過程，闡明生態機製和規律。（3）能夠動態地模擬和預測自然發展狀況。
　　生態數學模型的功能為：（1）建造模型的嘗試常有助於精確判定所缺乏的知識和數據，對於生物和環境有進一步定量瞭解。（2）模型的建立過程能産生新的想法和實驗方法，並縮減實驗的數量，對選擇假設有所取捨，完善實驗設計。（3）與傳統的方法相比，模型常能更好地使用越來越精確的數據，將從生態不同方麵所取得的材料集中在一起，得齣統一的概念。
　　模型研究要特彆注意：（1）模型的適用範圍：時間尺度、空間距離、海域大小、參數範圍。例如，不能用每月的個彆發生的生態現象來檢測1年跨度的調查數據所做的模型。又如用不常發生的赤潮模型來解釋經常發生的一般生態現象。因此，模型的適用範圍一定要清楚。（2）模型的形式是非常重要的，它揭示內在的性質、本質的規律，來解釋生態現象的機製、生態環境的內在聯係。因此，重要的是要研究模型的形式，而不是參數，參數是說明尺度、大小、範圍而已。（3）模型的可靠性，由於模型的參數一般是從實測數據得到的，它的可靠性非常重要，這是通過統計學來檢測。隻有可靠性得到保證，纔能用模型說明實際的生態問題。（4）解決生態問題時，所提齣的觀點，不僅從數學模型支持這一觀點，還要從生態現象、生態環境等各方麵的事實來支持這一觀點。
　　本書以生態數學模型的應用和發展為研究主題，介紹數學模型在生態學不同領域的應用，如在地理、地貌、氣象、水文和水動力，以及環境變化、生物變化和生態變化等領域的應用。詳細闡述瞭數學模型建立的背景、數學模型的組成和結構以及其數學模型應用的意義。認真掌握生態數學模型的特點和功能以及注意事項。生態數學模型展示瞭生態係統的演化過程，預測瞭自然資源可持續利用。通過本書的學習和研究，促進自然資源、環境的開發與保護，推進生態經濟的健康發展，加強生態保護和環境恢復。
　　本書獲得西京學院的齣版基金、貴州民族大學博點建設文庫、“貴州喀斯特濕地資源及特徵研究”（TZJF-2011年-44號）項目、“喀斯特濕地生態監測研究重點實驗室”（黔教閤KY字[2012]003號）項目、教育部新世紀優秀人纔支持計劃項目（NCET-12-0659）項目、“西南喀斯特地區人工濕地植物形態與生理的響應機製研究”（黔省專閤字[2012]71號）項目、“復閤垂直流人工濕地處理醫藥工業廢水的關鍵技術研究”（築科閤同[2012205]號）項目、貴州民族大學引進人纔科研項目（[2014]02）、土地利用和氣候變化對烏江徑流的影響研究（黔教閤KY字[2014]266號）、威寜草海浮遊植物功能群與環境因子關係（黔科閤LH字[2014]7376號）、“鉻脅迫下人工濕地植物多樣性對生態係統功能的影響機製研究”（國傢自然科學基金項目31560107）以及國傢海洋局北海環境監測中心主任科研基金一長江口、膠州灣、浮山灣及其附近海域的生態變化過程（05EMC16）的共同資助下完成。
　　此書得以完成應該感謝北海環境監測中心主任薑锡仁研究員、上海海洋大學的院長李傢樂教授、貴州民族大學校長張學立教授和西京學院校長任芳教授；還要感謝劉瑞玉院士、馮士筰院士、鬍敦欣院士、唐啓升院士、汪品先院士、丁德文院士和張經院士。諸位專傢和領導給予的大力支持，提供的良好的研究環境，成為我們科研事業發展的動力引擎。在此書付梓之際，我們誠摯感謝給予許多熱心指點和有益傳授的其他老師和同仁。
　　本書內容新穎豐富，層次分明，由淺入深，結構清晰，布局閤理，語言簡練，實用性和指導性強。由於作者水平有限，書中難免有疏漏之處，望廣大讀者批評指正。
　　滄海桑田，日月穿梭。抬眼望，韆裏盡收，祖國在心間。

現代生態學研究的基石：理論與方法的深度解析 本書聚焦於當代生態學領域的核心議題與前沿進展，旨在為研究人員、政策製定者及高等院校師生提供一套全麵、深入的理論框架與實踐工具，以應對日益復雜的全球環境變化與生物多樣性挑戰。 本書並非關注特定應用案例的集閤，而是著眼於支撐現代生態學分析與預測的基礎理論、方法論的演進，以及數據驅動型研究範式的轉型。我們緻力於構建一個知識體係，強調嚴謹的數學邏輯如何轉化為可驗證的生態學洞察，同時探討計算工具與復雜係統理論如何重塑我們理解生命過程的方式。 全書內容組織嚴密，層層遞進，涵蓋瞭從宏觀種群動態到微觀生態過程的多個尺度。 --- 第一部分：生態學理論的演化與基礎框架 本部分深入探討瞭塑造當代生態學思想的核心理論，特彆是那些在不依賴具體模型應用的情況下，決定研究方嚮和解釋範式的基石。 第一章：生態學知識體係的哲學基礎與認識論轉變 本章首先梳理瞭生態學從定性觀察嚮定量科學演進的曆史脈絡，重點分析瞭歸納法與演繹法在生態學研究中的角色差異。我們討論瞭“生態復雜性”的內涵，並探討瞭係統思維如何取代還原論思維，成為理解生態係統功能的指導原則。本章特彆關注生態學理論的可證僞性問題，以及如何通過跨尺度的比較研究來增強理論的魯棒性。我們審視瞭如尺度依賴性（Scale Dependence）和異質性（Heterogeneity）等核心概念對理論構建的影響。 第二章：種群生態學：動態平衡與非綫性效應 本章聚焦於種群水平的結構性變化與密度依賴性。我們著重分析瞭經典的代數增長模型（如指數增長與邏輯斯蒂增長）的局限性，並深入探討瞭引入時間延遲（Time Lags）和空間異質性對種群穩定性和周期性行為的影響。討論內容包括階段結構模型（Stage-Structured Models）的建立原則，以及如何通過矩陣代數來分析種群的長期演化趨勢，而不是簡單地描述某一特定環境下的增長率。我們探討瞭基於主方程（Master Equation）的隨機過程在描述小種群滅絕風險中的作用。 第三章：群落生態學：物種共存與交互作用的機製 本章將理論分析的焦點從單個種群擴展到多個物種的交互網絡。我們係統地梳理瞭競爭、捕食、寄生等核心交互作用的數學描述，重點分析瞭非綫性反應函數（如Holling Type II/III）如何影響係統穩定性。在物種共存理論方麵，本書詳細闡述瞭競爭排斥原理的現代解讀，並著重分析瞭諸如空間異質性、資源脈衝等非經典因素如何允許高多樣性的穩定維持。我們深入探討瞭群落結構指數（如多樣性指數的統計學基礎）的設計原理及其在評估生物群落健康狀態時的適用性邊界。 --- 第二部分：復雜係統方法論與數據驅動的解析 本部分側重於介紹和評估那些用於處理生態係統固有復雜性與不確定性的高級分析方法論，強調方法論的選擇與生態學問題的匹配度。 第四章：生態網絡理論與係統穩定性分析 本章是關於復雜性分析的核心。我們詳細介紹瞭圖論在構建食物網和互作網絡中的應用，並區分瞭結構屬性（如網絡密度、模塊化）與功能屬性（如信息流、魯棒性）的分析路徑。重點在於穩定性分析，我們探討瞭如何利用特徵值分析來評估基於微分方程組的綫性化模型在平衡點附近的穩定性，並討論瞭李雅普諾夫函數在判斷非綫性係統全局穩定性中的應用。此外，本章還探討瞭隨機矩陣理論在預測大型隨機網絡拓撲結構中的潛在穩定性範圍。 第五章：時空數據的統計建模與推斷 本章聚焦於如何從觀測數據中提取可靠的生態學信息。我們係統對比瞭廣義綫性模型（GLM）與廣義加性模型（GAM）在處理非綫性迴歸關係時的優勢與局限。關鍵內容包括時間序列分析在識彆生態周期性（如氣候驅動的振蕩）中的應用，以及空間自相關性（Spatial Autocorrelation）的處理技術，如剋裏金插值（Kriging）的理論前提。本章強調瞭模型診斷的重要性，包括殘差分析和模型選擇標準（如AIC/BIC）在確保推斷有效性中的作用。 第六章：不確定性量化與貝葉斯推斷 現代生態學研究對結果的可信度要求極高，本章係統闡述瞭處理不確定性的方法。我們詳細介紹瞭馬爾可夫鏈濛特卡洛（MCMC）方法的基本原理，並討論瞭它在參數估計和模型比較中的強大能力，特彆是當分析涉及難以解析積分的復雜模型時。我們區分瞭模型不確定性（Model Uncertainty，即選擇哪個結構描述數據）和參數不確定性（Parameter Uncertainty，即參數估計的精確度），並展示瞭如何通過貝葉斯模型平均（BMA）來整閤不同模型預測以獲得更穩健的結論，而非僅僅依賴單一“最佳”模型。 --- 第三部分：前沿方法論與跨學科集成 本部分展望瞭生態學研究方法論的未來方嚮，即如何融閤新興的計算科學和生物信息學工具，以應對全球尺度的環境問題。 第七章：生態過程的計算模擬與跨尺度建模 本章討論瞭生態學模擬方法的選擇。我們詳細比較瞭基於主體的模型（Agent-Based Models, ABM）與基於連續方程的（Continuous Models）在描述個體決策、湧現行為和空間異質性方麵的能力差異。重點分析瞭元胞自動機（Cellular Automata）在模擬棲息地破碎化和物種擴散過程中的應用邏輯。本章強調瞭模型校準（Calibration）和驗證（Validation）的嚴格流程，指齣有效的模擬不僅需要預測未來，更需要能夠重現曆史觀測數據作為其可靠性的證明。 第八章：高維數據分析與降維技術 隨著遙感、基因組學和大規模傳感器網絡的普及，生態學傢麵對的是高維度的信息流。本章深入探討瞭主成分分析（PCA）和因子分析（Factor Analysis）的統計假設，並討論瞭它們在識彆生態係統中潛在驅動因子時的應用。此外，我們介紹瞭非綫性降維技術，如t-SNE或UMAP，在探索復雜生態學數據集中潛在聚類和結構時的效能，這對於理解物種對環境梯度的響應模式至關重要。 第九章：數據同化與預測生態學的未來 本章聚焦於如何將實時的、離散的觀測數據融入到連續的時間演化模型中，以實現更精確的短期和長期預測。我們討論瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其非綫性擴展（如擴展卡爾曼濾波 EKF）在狀態估計中的作用，特彆是在預測短期氣候波動下的種群波動時。本章最後討論瞭可解釋性人工智能（Explainable AI, XAI）在生態預測中的潛力，強調瞭生態學研究者必須能夠解釋模型決策背後的生態學機製，而非僅僅依賴“黑箱”預測。 --- 本書的結構設計確保瞭讀者不僅能掌握具體的分析技巧，更能理解這些技巧背後的數學和統計學邏輯，從而具備批判性地評估現有生態學研究、並設計具有前瞻性的新研究的能力。它是一本關於如何構建、驗證和應用生態學知識體係的教程，而非對特定生態係統研究成果的匯編。

評分☆☆☆☆☆

我對自然界中的模式和規律一直著迷，尤其對那些看不見的、驅動著事物運轉的機製充滿好奇。這本書的標題，讓我聯想到那些隱藏在紛繁復雜的生態現象背後的數學優雅。我個人並非數學科班齣身，但對抽象思維的魅力有著濃厚的興趣。我期待這本書能夠以一種循序漸進的方式，介紹數學模型如何在生態學研究中扮演“語言”和“工具”的角色。或許，它會從基礎的數學概念講起，然後逐步引入更復雜的模型，並結閤實際的生態學案例來展示模型的應用。我希望通過閱讀這本書，能夠建立起數學與生態學之間的聯係，理解那些看似冰冷的數字和公式，如何能夠精確地描述和預測生命世界的動態變化，從而提升我對科學思維的理解能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的印象，簡潔卻不失學術氣息，純淨的藍色背景襯托著書名，給人一種嚴謹而深邃的感覺。我是一名對自然科學一直充滿好奇心的普通讀者，雖然我不是生態學領域的專業人士，但“數學模型”和“生態學”這兩個詞的結閤，激起瞭我探索未知的好奇心。我常常在想，那些復雜的生態係統，比如雨林中的物種互動，或者海洋中的食物鏈，它們是如何在動態中保持平衡的？是否存在一些隱藏的數學規律在其中運作？這本書似乎為我打開瞭一扇窗，讓我能夠窺見科學研究的冰山一角。我非常期待通過這本書，能夠理解那些抽象的數學公式如何被用來描繪生動的自然現象，如何幫助科學傢們預測環境變化帶來的影響，甚至指導我們如何更好地保護地球的生態環境。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對環境問題略有關注的社會人士，我深切關注著人類活動對生態係統造成的種種影響。從氣候變化到生物多樣性喪失，這些問題常常讓我感到一絲無力。我希望能夠找到一些工具或視角，幫助我更深入地理解這些問題的根源，並探索可能的解決方案。這本書的齣現，似乎提供瞭一個非常獨特的切入點。我猜想，這本書可能闡述瞭如何利用數學模型來量化生態係統的脆弱性，如何預測不同乾預措施的效果，以及如何為可持續發展提供科學依據。我渴望瞭解，那些看起來抽象的數學公式，是否能夠轉化為具體的可行建議，為我們保護珍貴的自然資源提供切實的支持。我希望這本書能讓我看到，科學的力量如何在應對全球性環境挑戰中發揮至關重要的作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題給我一種嚴謹而又充滿探索性的感覺，仿佛它能帶我進入一個由數字和生命交織而成的奇妙世界。我是一名對未知領域充滿求知欲的讀者，總是樂於接受挑戰，拓寬自己的視野。我設想，這本書可能會深入探討如何構建數學模型來模擬復雜的生態過程，例如物種的分布、遷移，甚至是基因的傳播。我期待它能展示數學模型在生態學研究中的創新應用，比如利用機器學習和大數據來解決一些傳統方法難以應對的生態難題。我希望這本書能夠提供一些前沿的研究視角，讓我能夠瞭解到這個領域最前沿的進展，並激發我對生態係統運作機製更深層次的思考。

評分☆☆☆☆☆

我一直在尋找能夠拓展我知識邊界的讀物，而這本書的選題恰好擊中瞭我的興趣點。我常常被大自然鬼斧神工的設計所摺服，但有時也會睏惑於某些現象背後的深層原因。例如，當看到某個物種數量突然爆發或驟減時，我總是忍不住去思考是什麼驅動瞭這種變化。這本書的標題——“數學模型在生態學的應用及研究”——讓我看到瞭一個將嚴謹的數學工具與充滿生機的生態世界相結閤的可能性。我設想，這本書可能會介紹一些經典的生態學模型，比如捕食者-獵物模型，或者種群增長模型，並解釋它們是如何構建的，以及它們在實際研究中發揮的作用。我希望它能用一種易於理解的方式，將復雜的數學概念轉化為生動的生態學洞察，讓我能夠更好地欣賞和理解地球上生命的復雜性和美妙之處。