條件非線性最優(yōu)擾動方法在湖泊富營養(yǎng)化敏感性分析中的應用.pdf

1、湖泊富營養(yǎng)化問題已經成為當今世界各國政府與公眾最為關注的環(huán)境問題之一.湖泊在富營養(yǎng)化的過程中,形成一個內部充滿復雜物理、化學和生物反應的、開放的非線性生態(tài)系統(tǒng).本文針對淺水湖泊營養(yǎng)鹽濃度的動態(tài)變化方程,利用穆穆等提出的條件非線性最優(yōu)擾動(CNOP)方法,分別研究該生態(tài)系統(tǒng)對初始擾動及參數擾動的敏感性.具體數值實驗結果如下:
　　 (1)研究了營養(yǎng)鹽輸入率c 對湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)變換的影響.當c小于分岔點1 c 時,無論初始的有限振

2、幅擾動有多大,貧營養(yǎng)平衡態(tài)是非線性穩(wěn)定的,這表明人類的短期活動或自然界的變化不會使系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉換;當c大于分岔點2 c 時,富營養(yǎng)化平衡態(tài)也是穩(wěn)定的,一旦湖泊系統(tǒng)發(fā)展成為富營養(yǎng)化狀態(tài),就很難通過人為努力使其恢復到清澈狀態(tài);當c位于1 c和2 c之間時,湖泊生態(tài)系統(tǒng)是脆弱的,貧營養(yǎng)平衡態(tài)和富營養(yǎng)化平衡態(tài)都是線性穩(wěn)定,但非線性不穩(wěn)定的,這表明一定的有限振幅擾動能夠使系統(tǒng)的兩個平衡態(tài)之間發(fā)生轉換.在相同的約束條件下,對于不同的c，相應的CN

3、OP-I的發(fā)展也是不同的,本文給出了給出每一個營養(yǎng)鹽輸入率c 所對應的初始擾動臨界值c ?1.
　　 (2)通過數值模擬,得到了參數c 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.數值結果表明,營養(yǎng)鹽輸入率的最優(yōu)擾動,能夠使得生態(tài)系統(tǒng)向其他穩(wěn)態(tài)轉換的變化發(fā)展最大.當c小于分岔點2 c 時,若擾動的約束條件超過分岔點絕對值2 | | c c ?，則原本處于貧營養(yǎng)平衡態(tài)的湖泊生態(tài)系統(tǒng)容易形成富營養(yǎng)化狀態(tài);當c大于分岔點1