| 词条 | 生态模拟 |
| 释义 | § 介绍 生态模型研究模拟，是建立系统或决策问题的数学或逻辑模型，并以该模型进行试验，以获得对系统行为的认识或帮助解决决策问题的过程。所谓生态模拟，是将所研究的系统和其工作环境，建立起相应的生态模型。比较容易实现的是将一个系统和相应的环境，分为许多子系统，分别对每个子系统建立模型，再加以组合。然后把建立的系统模型送入计算机中，就可以用计算机进行模拟处理。为了使模拟工作能自动进行，应根据模拟工作的要求，编出模拟控制程序，使计算机按照程序一步一步工作。这样，可以模拟出随时间变化的外部环境的特性，得出在各种情况下系统的反应。由于计算机图形生成和显示技术已经达到较高水平，在对生态模拟时，可以形象地见到系统工作的实际图形，并能很容易地修改系统的参数，从而求得最好的效果。 生态模拟具有极高的准确性，在许多方面的科研、设计以及运行工作中被采用。例如：古木的保护，树木采伐的利与弊，全球变暖同森林的相互作用等等。模拟森林中树木的数目变化和分布规律，有助于对上述方面进行研究和探索。 § 方法 模拟生态室把生态学现象和概念翻译成数学语言，并按由此得到的数学关系进行运算，作出预断，这种数学系统，称为生态学中的数学模型。描述某些生态现象的数学关系比较复杂，包括一系列方程式，一般用电子计算机求解，因而也称为生态系统的电子计算机模型。 系统分析在生态学研究中的应用是从20世纪60年代开始的，最早的论文集《生态学的系统分析》（Sуstem Analуsis in Ecologу）出版于1966年。由于系统分析对分析和说明生态学问题具有独特的优越性，已引起人们的普遍注意。 生态学研究是在野外调查和野外实验获得有关数据和资料的基础上，通过建立模型来描述问题的轮廓，指引研究的方向，以便进行模拟试验和预测。如果所建立的模型未能预测到生态系统变化的情况，也可以进一步研究模型在概念结构上的缺陷，为建立比较符合实际的模型提供参数或修改参数，然后不断地进行再模拟、操作和预测，一旦建立了一个符合实际的模型，也就为研究工作提供了极为有用的手段，可以进行许多种不同的模拟试验。在现代科学中，模拟试验已成为强有力的工具。实际试验往往需要较长的时间和较多的经费，特别是在污染生态学的研究中，许多实际试验会带来严重后果，如污染的发生，流行病的传播，虫害的暴发等进行实际试验是不允许的。在这方面模拟试验却具有明显的优越性。 § 原理 计算机模拟采用模型来描述和预测生态系统的行为，主要根据等级组织原理，就是把一个大的系统划分为若干亚系统，亚系统还可再分为亚亚系统，如此构成一个有层次的系统。在预测系统或亚系统的行为时，可以把其内部结构不清楚的对象看成“黑箱”，把外部对于这个对象的影响看成输入，而把这个对象对于外部的影响看成输出，通过对输入和输出关系的研究，来预测“黑箱”的行为。“黑箱”理论是控制论所建立的方法，适用于复杂的生态学研究。 建立模型常用集论、向量、矩阵代数、微分和积分等数学知识。组建模型通常分六个逻辑步骤：确定模拟对象，确定系统的结构，建立系统的数学模型，检验模型的有效性,分析系统的灵敏度（或称敏感性分析）,模拟和运用所建立的系统模型。 20世纪70年代以来，模拟试验技术已经在生态学的许多领域得到广泛应用。例如罗马学会（又称罗马俱乐部）根据十几年来人类活动引起的全球性影响，其中包括工农业的发展、人口的增长、营养的分配、环境的污染、资源的利用等，应用大量的状态变量和参数，建立了“世界模型”，并利用电子计算机进行模拟，对人类的未来进行了预测。中国学者也已开始生态模拟的研究工作。 § 软件 Simile当前模拟软件很多，而生态模拟软件则有限，常用模拟软件如下：Simile、Stella、Madonna、Swarm、SimuLink、Matlab、Scilab、Simcreator、BuildSim等。另外有些研究者使用一些编程语言编制特殊的生态软件，如：C、Basic、Fortran、Pascal、Java、VBA、Python、Perl等。下面介绍几种常用的生态模拟软件： Simile Simile是个图形化的建模环境，主要用在生态学，生物学，环境科学方面的研究。最突出的特点是它是一个公开的建模环境，也就是说，simile的可视化建模界面只是创建simile模型的一种方式，可以用其它的建模界面（如：文本编辑器）来创建simile模型，只是它是非可视化的而已。Simile 提供了一系列工具用来显示模拟过程，同时也允许用户根据需要加入自己的内容 。 Simile主要特点： 生态模拟 (1)对象的表示法， 以便快速、方便地创建、处理复杂的结构； (2)比其它的可视建模软件更具表现力，动态效果明显； (3)自动生成C++模型代码，以便快速执行； (4)子模型（submodel）有多种用法和作用：将模型图的元素合成一个子模型，可以实现整体移动；以子模型为单位处理复杂模型的主要组成部分；即插即用模块，允许模型的任何部分单独截取、使用。使模型的一部分生成一个独立的模型；支持模的模型结构，这样的模块可以作为编译后的C程序来运行，还能作为独立的子模块嵌入其他模型中； (5)公开的模型表示法，使用合成方法处理模型容易实现； (6)比电子制表软件更好的结构圈； (7)可以更快地准备、更容易地共享、更有效地维护模型。 StellaStella Stella运行在Macintosh和Windows环境下，主要有8大类模型：生命科学，自然科学，社会科学，数学，物理学，化学，经济学，文学。Stella 是生态建模中一个强有力的模拟软件，如气候的变化如何影响生态系统，当臭氧层被破坏了地球生物会怎样之类无穷性问题，都可用其进行可视化模拟。 Stella的特点： (1)提供图形用户界面（GUI）以便迅速地收集系统组分间的关系。图3显示了构建动态模拟模型的关键组分。矩形代表一个系统的状态值，此处为种群。于双线相连的圆控制了种群增加，与管线没有连接的圆仅仅持有公式和变量，弧线表示箭头处的圆是弧线另一端图符的函数圆； (2)其Storytelling特性支持不同方面的知识风格。图表，图解和动画使等式中变量关系形象化，同时还能 通过在模型周围进行注释解说或者附上文档来说明一个新环境量对整体的影响。支持step-by-step模型显示； (3)包含三个关联层，层上附带有详细的结构信息和模型的功能．最高层和输入输出层提供显示模型结构的工具，下一层创建模型结构，最低层用图形和代数形式说明模拟系统成分和初始条件，参数值之间的关系。子模型也支持分层模型结构； (4)Stella通过计算所有的公式进行模拟，然后更新状态变量。使用以基础水平的代数学和基本逻辑写的差分方程，方程不必是连续的。如果没适宜的方程或用数学语言描述太困难，或者公式直接由测量支持，建模者可以在Stella界面上画出图形关系来描述两个变量之间的关系，易于理解； (5)库和流程图表支持一般的系统语言，并且能动态地显示复杂的系统和思路如何运行； (6)通过灵敏度分析揭示关键作用点和最佳状况条件； (7)多媒体含有在建模环境中触发曲线图、电影、声音和文本信息的功能； (8)结果以曲线图、表、动画、QuickTime电影或文件的形式表示； (9)可保存为全屏运行模式； (10)建模安全问题上，提供了锁定和密码保护的功能。 § 相关词条 生态效应生态产业生态文明生态园林生态危机 生态因子生态系统生态模拟生态赤字生态恢复 土地生态生态农业生态美学生态养殖生态入侵 金融生态生态塑料生态类群生态观生态球 § 相关链接 http://www.cqvip.com/qk/97663B/200511/20641476.html |
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