森林生态学建模与仿真PDF电子书下载

1 数学模型的基本概念与类型 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 模型变量与过程 1

1.1.2 数学仿真（模拟） 2

1.1.3 系统及系统分析 3

1.2 数学模型的类型 5

1.3 模型建立的方法与步骤 7

1.3.1 建模方法 7

1.3.2 建模步骤 8

2 生态学建模的基本理论与原则 11

2.1 生态学建模的物理学理论与原则 11

2.1.1 热力学基本概念和定理 12

2.1.2 以热力学理论为基础的生态系统原理 13

2.1.3 生态系统与环境 17

2.1.4 生态系统的稳定和演替 19

2.1.5 以物理学理论为基础的建模方法 20

2.2 以生态学原理为基础的建模方法 21

3 生态学建模的数学理论 23

3.1 地统计学的基本理论和方法 23

3.1.1 半方差及半方差图的结构分析 24

3.1.2 半方差图拟合模型 27

3.1.3 空间局部内插法 29

3.1.4 空间局部内插法的类型 30

3.1.5 地统计分析软件系统 31

3.2 概率统计模拟理论 32

3.2.1 产生均匀分布随机数的数学方法 33

3.2.2 均匀随机数的检验 36

3.2.3 产生其它分布随机数的数学方法 39

4 量纲分析 43

4.1 量和单位 43

4.2 量纲分析 45

4.3 Buckinghamπ定理 47

4.4 量纲分析在生态学研究中的应用 48

4.4.1 确定模型参数的量纲 49

4.4.2 应用量纲分析建立面向过程的林分生长模型 49

5 模拟程序与语言 54

5.1 模拟程序和语言的类型 54

5.2 面向数学方程和结构图的程序与语言 56

5.3 面向对象的程序设计 59

5.4 数学模拟与“5S”技术 61

6 森林生态学模型分类 63

6.1 以数学理论为基础的模型分类 63

6.1.1 动态模型 63

6.1.2 矩阵模型 64

6.1.3 随机模型 64

6.1.4 多变量模型 64

6.1.5 最优化及其它模型 64

6.2 以生物组织等级为基础的模型分类 65

6.2.1 全球尺度模型 65

6.2.2 景观和区域模型 66

6.2.3 群落尺度模型 67

6.2.4 植物生理生态模型 69

6.3 以系统特性为基础的模型分类 70

6.4 以干扰理论为基础的生态学模型类型 71

6.5 全球变化与陆地生态系统中的模型类型 73

6.5.1 全球变化条件下的生态系统生理综合模型 74

6.5.2 生态系统动力学斑块模型 74

6.5.3 斑块尺度至区域尺度的模型 74

6.5.4 元素循环及气候反馈的区域—全球尺度植被动态模型 75

6.6 气候模拟及模型类型 75

6.6.1 气候模拟概念及模型类型 75

6.6.2 GCM模型类型 76

6.6.3 GCM模型对全球气候变化的预测 78

7 林隙动态理论及模型 83

7.1 基本概念 83

7.1.1 林隙 83

7.1.2 斑块 84

7.1.3 斑块镶嵌体 85

7.1.4 林隙的时空尺度 86

7.1.5 以林隙为基础的森林动态理论 87

7.2 林隙模型（Gap Model） 88

7.2.1 基本原理 88

7.2.2 模型的结构 90

7.3 林隙模型的发展趋势 93

8 林隙动态模型——JABOWA与FORET模型 94

8.1 JABOWA模型结构和公式 94

8.1.1 树木生长方程 94

8.1.2 叶面积的计算 95

8.1.3 树高与直径之间的定量关系 96

8.1.4 树木径生长方程 97

8.2 环境因子与树木生长 101

8.2.1 环境的生态作用 101

8.2.2 光强分布与光强响应函数 103

8.2.3 积温与树木生长 106

8.2.4 土壤湿度与树木生长 107

8.2.5 土壤水分饱和与树木生长 109

8.2.6 土壤养分与树木生长 110

8.2.7 树木之间的竞争 110

8.3 树木死亡过程 111

8.4 树木更新过程 113

8.4.1 阳性树种的更新过程 113

8.4.2 中性树种的更新过程 113

8.4.3 耐荫性树种的更新过程 114

8.5 FORET模型程序分析 115

8.5.1 主程序 115

8.5.2 树种参数输入子程序INPT 118

8.5.3 样地初始化子程序PLOTIN 119

8.5.4 产生均匀随机数子程序RANDOM 119

8.5.5 产生正态随机数子程序GGNORD 120

8.5.6 树木死亡过程子程序KILL 120

8.5.7 更新过程子程序BIRTH 120

8.5.8 萌生过程子程序SPROUT 120

8.5.9 树木生长过程子程序GROW 124

8.5.10 结果输出子程序OUTPT 126

8.6 红松林结构和动态的FORET模拟结果 126

8.6.1 参数估计 127

8.6.2 模型运行和结果分析 130

9 林隙动态模型——FORSKA模型 138

9.1 模型中的生态过程与计算公式 138

9.1.1 树木生长过程 138

9.1.2 树木生长与环境 141

9.1.3 胸径生长过程 142

9.1.4 树冠大小的变化过程 142

9.1.5 树高方程 143

9.1.6 更新过程 143

9.1.7 树木死亡过程 145

9.1.8 萌生过程 148

9.2 模型变量、参数和参数估计 148

9.2.1 模型变量和参数 148

9.2.2 参数估计 148

9.2.3 灵敏性分析 154

9.3 模型程序结构分析 156

9.3.1 主程序MAIN 156

9.3.2 数据块子程序SYSVAR 157

9.3.3 立地和运行参数读取子程序GETMOD 158

9.3.4 树种参数子程序GETSPE 158

9.3.5 控制参数读取子程序GETOUT 158

9.3.6 产生均匀随机数子程序GETRAN 159

9.3.7 程序初始化子程序INITIA 159

9.3.8 树木变量读取子程序IN 160

9.3.9 树木更新子程序ETBL 161

9.3.10 树木生长子程序TVXT 162

9.3.11 树木死亡子程序SKOT 165

9.3.12 林分特征输出子程序STAND 165

9.3.13 结果输出子程序OUT 166

9.3.14 产生泊松分布随机数子程序PRAND 166

9.4 红松林结构和动态的FORSKA模拟结果 166

9.4.1 参数估计 166

9.4.2 模拟结果分析 168

9.5 FORSKA模型的发展 170

10 SPACE森林动态的空间模型 172

10.1 模型结构 172

10.1.1 确定树木分布位置的网格结构 172

10.1.2 重复样地边界法 173

10.1.3 确定树木邻体的计算方法 174

10.2 模型程序分析 178

10.2.1 更新过程 178

10.2.2 树木生长过程 183

10.3 红松林动态的SPACE模拟结果与分析 188

10.3.1 参数估计 188

10.3.2 模拟结果与分析 190

11 森林生态系统流模型 193

11.1 以微分方程组为基础的流模型 193

11.1.1 模型结构 194

11.1.2 生理生态过程之间以及与环境之间的联接 195

11.1.3 模型的应用范围 195

11.2 生物地球化学循环模型（FOREST—BGC） 196

11.2.1 模型结构 196

11.2.2 气象驱动变量 198

11.2.3 生态过程日变化亚模型 198

11.2.4 生态过程年变化亚模型 199

11.2.5 模型应用 199

12 森林生态学模型研究概况及趋势 203

12.1 以等级理论为基础的生态学模型研究 203

12.2 以空间为基础的森林生态学模型研究 207

12.2.1 以林隙动态模型预测气候变化下的森林演替 207

12.2.2 以GIS为基础的空间模型的研究 212

12.3 以植物生理过程为基础的模型研究 214

12.3.1 大气CO2浓度变化与森林生长 214

12.3.2 降水变化与森林生长 217

12.3.3 植物生长胁迫模型 218

12.4 森林生态系统流模型研究概况 219

12.4.1 生态系统流模型与生理模型的结合 219

12.4.2 生态系统流模型与地理信息系统的结合 222

12.4.3 生态系统流模型与一般环流模型的结合 223

12.5 预测全球植被变化模型的研究 224

12.6 森林生态学模型的发展趋势 226

12.6.1 异质性与时空尺度 226

12.6.2 社会经济模型与生态模型的联接 233

12.6.3 生态学模型的可视化 237

12.6.4 模型检验和验证 238

12.6.5 新理论的应用前景 240

参考文献 241

附录1 FORET模型源程序清单 262

附录2 FORSKA模型源程序清单 279

附录3 SPACE模型源程序清单 319