基于水动力-植物相互作用过程的岸边带植物生长动态模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 叶飞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 陈求稳 |
| 关键词 | 植物模型 基于过程模型 统计模型 植物动态和栖息地质量 plant model process-based model statistical model plant dynamics and habitat quality |
| 其他题名 | UThe simulation of riparian plant dynamics Ubased on hydrodynamics-plant interaction |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 岸边带植物是河流生态系统的重要组成部分。在岸边带植物研究中，传统的 统计预测方法在其稳态假设和样本拟合方面存在不足，而基于过程方法仍处于早 期发展阶段，并且现有的岸边带植物研究多数缺乏模型预测与实测数据的对比验 证。 为了弥补上述缺陷，本研究提出了以下研究目标：（1）建立基于过程的岸边带植物模型并实现与水动力模型的耦合计算；（2）建立传统的统计预测模型以讨论两种模型的性能和适用性；（3）通过实测数据验证上述两个模型；（4）结合研究实例，用经过验证的模型评价水库调节对岸边带植物栖息地质量的影响。 在具体实现阶段，开发了以元胞自动机为框架的植物模型，模拟不同种植物 的生长及其对胁迫条件的响应，采用基于有限元的水动力模型计算影响植物生长 的环境条件，并设计了两模型的交互接口；另一方面，建立了基于广义线性模型 的岸边带植物统计预测模型，该模型描述了植物盖度与四个环境变量之间的关系；两个模型被应用于漓江的研究实例，其模拟结果与2009~2011 年的实测资料进行了对比验证，在此实例中基于过程模型取得了更好的模拟效果；最后，结合漓江水库补水的研究实例，采用经过验证的模型计算了多种水流条件下的岸边带环境指标和植物栖息地质量，包括水库调节前后年份的实际水流条件以及在水库调节之后的年份重建的自然水流条件。 通过以上研究得到的主要结论如下： 1. 由于水流是影响岸边带植物生长的主要因素，其它因素处于相对次要地位，因此可以通过对影响岸边带植物生长主要过程的分析，简化对过程机制的描 述，建立复杂程度和计算量适度的基于过程模型；另外，水流数值模拟已经在水 动力、水质和泥沙方面发展得比较成熟，将基于过程的岸边带植物模型与其耦合 可以为岸边带植物研究提供有效工具。 2. 本文建立的模型在研究区的应用中取得了较为理想的结果。用于模型验证的数据包含了极端与一般的年份（2009 年~2011 年），模型验证表明该模型对不同水流情势有较强的适应性。当前模型的定量预测仍存在很大误差，这些误差主要源于模型结构（对过程机制的简化处理）及实测数据（包括用于建模的基础数据和验证数据）的不确定性。 3. 通过实测数据、基于过程模型和统计模型三者的对比发现，传统的统计 模型在处理复杂地形流场和较大的环境条件年际差异时存在一定缺陷，这主要是 因为统计模型对样本质量的要求较高，在上述情况下不一定能保证样本涵盖所有 环境条件范围，此时基于过程模型可能发挥更好的效果；而在地形流场较简单或 内在机制不明确的情况下，统计模型建模难度和工作量小于基于过程模型。两者 的区别可以总结为，统计模型的工作量取决于环境条件的时间和空间异质性，而 基于过程模型的工作量取决于所描述的过程机制的复杂程度。 4. 漓江水流情势的年际变化源于气象条件的年际自然变化和水库调节两个方面，其中，自然变化占主导地位，与之相比，漓江水库调节对岸边带环境变量 以及对当地岸边带植物的影响并不明显。其主要原因是，漓江补水时段与当地岸 边带植物生长季很少重合，且补水的主要目的是满足通航需要，并没有针对当地 岸边植物生长期的关键阶段特别设计补水模式。 |
| 公开日期 | 2014-05-12 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7215]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶飞. 基于水动力-植物相互作用过程的岸边带植物生长动态模拟[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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