淺水湖生態(tài)系統(tǒng)退化與恢復(fù)的非線性穩(wěn)定性研究.pdf

1、淺水湖生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象嚴(yán)重,探究淺水湖生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)過程是探究生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)機(jī)理的重要環(huán)節(jié)之一。本文應(yīng)用條件非線性最優(yōu)擾動(dòng)方法和非線性隨機(jī)動(dòng)力學(xué)理論,針對(duì)淺水湖生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn),對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和敏感性行為進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)湖泊確定性生態(tài)系統(tǒng),即研究在外界隨機(jī)干擾的噪聲強(qiáng)度為0的情況下,考慮到生態(tài)模式的初始場(chǎng)和參數(shù)存在誤差,采用由Scheffer等提出的描述淺水湖中大型植物量V和垂直光衰量即渾濁度E之間

2、關(guān)系的雙變量模型。對(duì)于該模型,利用穆穆院士等人提出的條件非線性最優(yōu)擾動(dòng)方法,討論了該生態(tài)系統(tǒng)在有限振幅下關(guān)于初始擾動(dòng)和參數(shù)擾動(dòng)的非線性不穩(wěn)定性和敏感性。結(jié)果表明,在有限振幅的擾動(dòng)下,線性穩(wěn)定的清水(濁水)狀態(tài)是非線性不穩(wěn)定的。另外,通過對(duì)CNOP-I, CNOP-P, CNOP及( CNOP-I, CNOP-P)四種情況作比較,結(jié)果表明, CNOP不是CNOP-I和CNOP-P的簡(jiǎn)單組合,它能使生態(tài)系統(tǒng)與基態(tài)偏離程度最大。⑵提出湖泊單變

3、量隨機(jī)生態(tài)系統(tǒng),考慮到該生態(tài)模式受外界隨機(jī)干擾,將外界隨機(jī)干擾簡(jiǎn)化為高斯白噪聲.在外界隨機(jī)激勵(lì)(外激)的情況下,利用由Carpenter等人建立的湖泊單變量模型.對(duì)于該模型,使用FPK方程方法和最大Lyapunov指數(shù)方法,分別研究該湖泊富營(yíng)養(yǎng)化隨機(jī)生態(tài)系統(tǒng)的分岔行為.采用隨機(jī)微分方程強(qiáng)1.5階四級(jí)Runge-Kutta格式,選用500條樣本路徑,并作平均,直觀地展示了在外界隨機(jī)干擾下,湖泊富營(yíng)養(yǎng)化系統(tǒng)中磷濃度隨時(shí)間的變化發(fā)展及其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)