非線性強(qiáng)迫奇異向量在湖泊富營養(yǎng)化穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用.pdf

1、湖泊富營養(yǎng)化問題是當(dāng)今全球最為關(guān)注的環(huán)境問題之一,湖泊在富營養(yǎng)化過程中形成了一個(gè)復(fù)雜的內(nèi)部機(jī)制和開放的非線性生態(tài)系統(tǒng)。本文針對(duì)淺水湖泊營養(yǎng)物濃度的動(dòng)態(tài)變化方程,在使用穆穆院士提出的條件非線性最優(yōu)擾動(dòng)(CNOP)方法研究了該生態(tài)系統(tǒng)對(duì)初始擾動(dòng)和參數(shù)擾動(dòng)敏感性的基礎(chǔ)上,使用非線性強(qiáng)迫奇異向量(NFSV)方法研究了該湖泊生態(tài)系統(tǒng)中來源于各種物理參數(shù)化方案的模式誤差的敏感性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴加入外強(qiáng)迫 f后營養(yǎng)鹽輸入率c對(duì)湖泊

2、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)變換的影響.當(dāng) f?0時(shí),湖泊生態(tài)系統(tǒng)關(guān)于控制參數(shù),即c的分岔圖會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)分岔點(diǎn),分別為c1和c2.當(dāng)c小于分岔點(diǎn)c1或大于分岔點(diǎn)c2,無論初始擾動(dòng)振幅有多大,生態(tài)系統(tǒng)所處的營養(yǎng)狀態(tài)不管是貧營養(yǎng)態(tài)還是富營養(yǎng)態(tài)均為非線性穩(wěn)定的.當(dāng)c處于分岔區(qū)間內(nèi)時(shí),系統(tǒng)處于非線性不穩(wěn)定狀態(tài),這表明一定的擾動(dòng)能夠使系統(tǒng)的兩個(gè)平衡態(tài)之間發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換.加入外強(qiáng)迫后,分岔區(qū)間會(huì)隨著營養(yǎng)鹽輸入率c的變化提早出現(xiàn).外強(qiáng)迫值越大,最早出現(xiàn)分岔情況對(duì)應(yīng)的c越

3、小。⑵通過數(shù)值模擬,求得常數(shù)型外強(qiáng)迫 f在給定的約束條件下,使得該生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化最大的擾動(dòng)即NFSV.結(jié)果表明,在較小的外強(qiáng)迫約束對(duì)應(yīng)的NFSV作用下,生態(tài)系統(tǒng)所處的營養(yǎng)狀態(tài)變化不大;而在較大的外強(qiáng)迫約束對(duì)應(yīng)的NFSV作用下,生態(tài)系統(tǒng)所處的營養(yǎng)狀態(tài)更容易發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。⑶通過數(shù)值模擬,求得階梯函數(shù)型外強(qiáng)迫 f在給定的約束條件下,使得該生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化最大的擾動(dòng).結(jié)果表明,處于分岔區(qū)間外的營養(yǎng)狀態(tài)在依賴時(shí)間變化的NFSV作用下,時(shí)間結(jié)束時(shí)