基于Stella的江苏近海海域生态足迹模拟分析

为了量化人类活动对海洋渔业资源可持续利用干扰的程度,本研究基于渔业生态足迹的算法,对江苏近海1978―2014年的生态足迹进行计算,研究江苏省的渔业生态现状。在此基础上,依据系统动力学(System Dynamics,SD)原理,嵌入营养动态模式,构建了江苏近海海域渔业生态足迹SD模型。利用2006―2014年的历史渔业数据验证该模型是可行的,并运用模型预测了不同捕捞强度下江苏近海渔业生态系统的发展模式。结果表明:1978―2014年江苏近海渔业生态足迹由2.41×10~6 hm~2增长到6.61×10~6 hm~2,平均值为5.38×10~6 hm~2,已经高于生态承载力3.45×10~6 hm~2,约为承载力的1.5倍,表明江苏近海海域渔业生态资源已处于不可持续的发展状态中;根据模型仿真分析,如果进一步加强捕捞强度,渔业生态足迹会急剧下降,最终趋于0值,且随着加强程度的增大,生态足迹下降越快,趋于0值的时间也越短;根据海洋渔获量阈值的计算结果,需要在目前捕捞强度基础上降低约50%,渔业生态足迹才能回升,生态赤字也能平稳降低,从而防止渔业生态系统崩溃。该研究结果可为江苏省可持续发展决策提供有益参考,也可用于江苏近海海域生态效应的预警。     

桑沟湾养殖海带生长的模型预测

海带(Saccharinajaponica)是一种常见的大型经济褐藻,是海洋生态系统重要的初级生产者,也是我国北方沿海主要的养殖藻类。本研究旨在建立海带个体生长数值模型,并以此预测中国北方近海大规模筏式养殖条件下海带的生长情况。本研究以桑沟湾养殖海带为例,利用可视化模型软件STELLA描述海带生长的关键过程及其与环境参数的关系,以净生长量(N_(growth))=总生长量(G_(growth))–呼吸作用(resp)–枯烂(E_(kelp))为基本框架,模拟和预测海带的生物量和叶片长度变化。海带的总生长用光照、温度、盐度、海带体内营养盐(包括N和P)等强制函数定义,其中,光照参数来自桑沟湾气象记录,盐度、温度和营养盐为现场调查实测值。模型模拟桑沟湾养殖海带的长度与干重结果与实测值的拟合度R~2值分别为0.936、0.963,说明该模型能够很好反映海带的真实生长情况。可靠的个体生长模型是评估海带养殖容量的基础,并可为水产养殖区的空间规划提供决策依据。     

人工淡水湿地的水文过程模拟:综合系统法(摘要)

人工淡水湿地的水文过程模拟:综合系统法(摘要)(英文)@张立$Olentangy River Wetland Research Park,The Ohio State University,352 W.Dodridge Street,Columbus,OH 43210,USA @威廉.杰.米奇$Olentangy River Wetland Research Park,The Ohio State University,352 W.Dodri     

Hydrology and the functioning of seasonal wetland aquaculture–agriculture systems (Fingerponds) at the shores of Lake Victoria, Kenya

Experimental seasonal wetland-based integrated aquaculture–agriculture systems called ‘Fingerponds’ were established at two sites (Nyangera and Kusa villages) at the shores of Lake Victoria in Kenya to enhance the wetland fishery potential. This paper examines the hydrological characteristics of Fingerponds. In Fingerponds’ design, the water supply is un-regulated and the water balance is maintained by natural losses and gains. At the beginning of the season, flood events are critically important for the initial water supply to the ponds. During their functional period (which lasted for about 6 months into the dry season after flood recession), precipitation accounted for nearly 90% of the total water gains while seepage and evaporation contributed an average of 30–70% of the losses, respectively. Seasonal pond water budgets indicated that the losses outweighed the gains leading to a progressive decline of water depth during the dry season. A prediction of the effect of pond volume and weather conditions on the functional period for fish production was carried out using a dynamic simulation model. The results indicated that the culture period can be extended by 2.5 months by deepening the ponds to an average depth of 1.5 m: this would increase the overall fish harvest. Drier weather accelerated losses and shortened the culture period by 1–2 months.     

我国能源消费与CO2排放的系统动力学预测

目前我国正处在全面建设小康社会的重要发展阶段。在人口总量增加、经济持续发展、居民生活能源消费不断提高的情况下,对能源供需状况进行科学、合理的预测对保障我国能源供给、促进经济可持续发展和CO₂减排,实现社会可持续发展具有重要意义。本文在研究我国现阶段能源消费和人口、经济发展现状的基础上,运用系统动力学模型预测了我国能源需求和CO₂排放量,提出能源发展和削减CO₂排放量的设想和对策。     

基于STELLA和气候变化情景的灌区农业供需水量模拟

为了评估气候变化对灌区农业供需水量的影响,基于系统动力学软件STELLA(structure thinking experimental learning laboratory with animation)建立了宝鸡峡灌区供需水量计算模型,结合灌区气象水文数据,利用非一致性水文频率计算原理,预估了未来可供水量和气候变化情景,模拟了气候变化情景下不同规划水平年灌区农业供需水状况。结果表明:灌区主要水源渭河径流在1989年发生跳跃变化,跃幅为-14.25亿m3,各典型年预估径流量(1989-2030年)比原序列(1954-2010年)对应值减少40%~55%,导致农业可供水量锐减;在α=0.05的显著水平上,1981-2010年灌区降水下降不显著,平均气温、最高气温显著上升而相对湿度和风速显著下降,其他因子无明显趋势;灌区未来各典型年农业需水量2030年比2010年增加1.08~2.19亿m3,水资源供需平衡指数上升9.06%~14.46%,说明灌区农业供需水平衡状况受气候变化影响显著,必须在规划、设计和管理中予以考虑并采取积极的应对措施。研究结果为气候变化条件下灌区农业水资源合理配置提供了参考。     

稻鸭共作系统中稻纵卷叶螟种群控制的模拟

为研究系统动力学方法在害虫种群的优化管理和预测等研究中的应用,以稻纵卷叶螟第二代种群为研究对象,分析了稻鸭共作系统中捕食性天敌蜘蛛及鸭对稻纵卷叶螟生长发育的影响,构建了相应的系统动力学框架模型,并利用STELLA软件对稻纵卷叶螟种群的数量动态进行了模拟和预测。结果表明,当第二代稻纵卷叶螟初始的百穴卵量为100粒,稻田蜘蛛密度为每百穴12.623头,如果同时考虑鸭对3龄幼虫期稻纵卷叶螟卷苞60%的捕食率,稻纵卷叶螟成虫的密度可降至每百穴9.129头,鸭的捕食可使稻纵卷叶螟第三代卵期末的百穴卵量减少约6.7%     

系统动力学模拟软件在种群生态学中的应用

将系统动态模拟软件STELLA引入到种群生态学研究中,分别以经典的描述与密度有关的种群连续增长模型(Logistic模型)和描述捕食者-猎物关系的模型(Lotka-Volterra模型)为例,详细介绍了该软件的特点并阐述了建立模型的过程与步骤,同时将模型的运行结果以图形的形式直观地表达出来并进行了分析。研究表明,STELLA系统动态模拟软件不仅是一个构造系统模型和模拟复杂系统动态关系或过程的得力工具,还可用于预测某特定的生态系统在不同条件下的变化行为和趋势,值得在生态学研究领域大力推广应用。     

系统动力学软件STELLA在荒漠化模拟中的应用

STELLA软件是生态建模中一个强有力的模拟软件,它是构造系统模型和模拟复杂系统动态关系和过程的得力工具,可用于预测某特定的生态系统在不同条件下的变化行为和趋势。利用隆德大学Ulf Helldén教授在STELLA软件环境下开发的耦合荒漠化模型(LU-CDM)对奈曼旗的土地荒漠化进行分析与模拟,结果表明:1960～1990年间,奈曼旗的生产力系统承受着巨大的压力,自20世纪90年代初开始,奈曼旗的生产力系统开始恢复,这是由于增加耕地的有效灌溉面积、使用化肥、禁牧、植树造林等荒漠化治理活动引起的。     

稻鸭共作系统中稻纵卷叶螟种群控制的模拟

为研究系统动力学方法在害虫种群的优化管理和预测等研究中的应用，以稻纵卷叶螟第二代种群为研究对象，分析了稻鸭共作系统中捕食性天敌蜘蛛及鸭对稻纵卷叶螟生长发育的影响，构建了相应的系统动力学框架模型，并利用STELLA软件对稻纵卷叶螟种群的数量动态进行了模拟和预测。结果表明，当第二代稻纵卷叶螟初始的百穴卵量为100粒，稻田蜘蛛密度为每百穴12.623头，如果同时考虑鸭对3龄幼虫期稻纵卷叶螟卷苞60%的捕食率，稻纵卷叶螟成虫的密度可降至每百穴9.129头，鸭的捕食可使稻纵卷叶螟第三代卵期末的百穴卵量减少约6.7%