41 Xác định bài toán Các phần tử của mô hình hoá § Các yếu tố bên ngoài có ảnh hưởng đến các biến trạng thái (ví dụ như mưa, nắng, gió, nhiệt độ, áp suất, ) § Các biến trạng thái: các dạng vật chất ứng với các điều kiện nhất định của các đối tượng sinh thái § Các phương trình toán học § Các hằng số Ngoài ra cần xác định § Không gian § Thời gian § Các hệ con Trạng thái mà khi thời gian thay đổi, nó vẫn giữ nguyên được gọi là trạng thái bền vững (Steady state) 42 Mô hình „tốt“ Dựatrêntri thứcvềcácbiếntrạng tháivàcácquátrìnhcơbản Mô hình “tốt“ •Cótậphợpdữliệucho chươngtrìnhchạy •Cótậpdữliệu để hiệuchỉnh vàkiểmtramôhình 43 Mô hình „chưa tốt“ Kiến thức nghèo nàn Mô hình không thể mô phỏng nhiều chi tiết Tính không xác định cao 44 Mô hình „tốt“ Kiến thức sâu Mô hình càng chi tiết Tính không xác định thấp 45 Bướckiểmtra(verification) § Mô hìnhcó ổn địnhtrongmộtthờigian dàihay không? § Mô hìnhcóhoạt độngnhư mong đợi hay không? 46 Phânloạimôhình Cácbiếnxác địnhhệthống đượclượnghóabằng cácphươngtrìnhvi phânphụ thuộcthờigian Sử dụngma trậntrongcáccôngthứctoán Môhìnhhộp(Compartment models) Môhìnhma trận Giátrị dựđoán đượctínhtoánchínhxác Giátrị dựđoánphụ thuộcvàophânbốxácsuất Môhìnhtiền định(Deterministic models) Môhìnhdựđoán(Stochastic models) Đượcsửdụngnhư côngcụnghiêncứu Đượcsửdụngnhư côngcụquảnlý Môhìnhnghiêncứu(Research models) Môhìnhquảnlý(Management models) Đặc điểmLoạimôhình 47 Mô h ì nh qu ả n lý môi trư ờ ng cómộtsốđặc điểmriêng § Bàitoánquảnlýcóthểđượcphátbiểunhư sau: nếu mộtsốbiếnngoạisinh(hay hàm điềukhiển) thay đổi thì điềunàysẽgây ảnhhưởngthế nàotớihệsinhthái. § Mô hìnhmôitrường đượcsửdụng để trả lờichocâu hỏinày, nóicáchkhácmôhìnhmôitrường đượcdùng để dự báo. 48 Mô h ì nh qu ả n lý v à mô h ì nh kiểmsoát § Khichúngtachọncácphươngántínhtoánkhácnhau, cónghĩalàchúngtahìnhthànhcáckịchbản(chomô hìnhchạy). Trongsốcáckịchbảnnàytachọnkịchbản phùhợpvớichínhsáchpháttriểnkinhtế-xãhộinhất. Khi đómôhình đượcsửdụngnhư mộtmôhìnhquảnlý. § Chúngtabiếnmôhìnhnàythànhmôhìnhkiểmsoát khi chúngtamuốn đạt đượcmứcđộ nồng độ chophép ở mộtngưỡngxác địnhnào đó. 49 Mong muốn vàhiện thực Xu hướng: các mô hình rất phức tạp. Công nghệ máy tính: dễ dàng cộng thêm các biến và các phương trình. Nhưng rất khó lấy được các dữ liệu cần thiết để kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình. Càng nhiều tham số càng gây nhiều điều không xác định. 50 Mô hình cơ sở (Zeigler, 1976) Chứa đầu vào – đầu ra đầy đủ Mô tả tất cả các quá trình Đòi hỏi một số lượng lớn chương trình tính toán Không có “Mô hình cơ sở“ cho tất cả các hệ sinh thái [...]... J(1,1) r K ỉ K - S1 ư J (1,1) = r ç ÷ S1 è K ø 66 Mồi S1 Q1,N J(1 ,2) Thú S2 Q2,P J (2, 2) J(1,1) Q1 Q2 J (1,1) º r1Q1 J (1 ,2) º aQ1Q2 J (2, 2) º r2Q2 67 J(3,1) Dinh dưỡng S1 J(1,1) J(1 ,2) J (2, 1) Thực vật nổi S2 J (2, 2) J (2, 3) Động vật nổi S3 J(3,3) 68 Xây dựng tốc độ dòng § Động vật nổi khơng hút dinh dưỡng trực tiếp mà qua thực vật nổi: J(1,3)=0; § Thực vật nổi khơng ăn động vật nổi nên J(3 ,2) =0; § Động... hiệu tốc đợ biến đổi của một biến trạng thái i là Fi Khi đó N Fi = å a ij J ( j , i ) - å J (i , j ' ) j =1 N- a ji Mồi S1 J(1,1) j '¹ i Là sớ biến trạng thái của hệ Là tỷ lệ chuyển hóa vật chất từ j vào i (j=1, N) J(1 ,2) Thú S2 F = J(1,1) - J(1 ,2) = r1Q - a1Q1Q2 1 1 F2 =a12J(1 ,2) + J (2, 2) = r2Q2 + a2QQ2 1 J (2, 2) 76 ... 3 S 3 + a 23 ê a ú S2S3 K 2 + S2 û ë a23 – là tỷ lệ biến năng lượng từ thực vật nổi qua động vật nổi 72 Tốc đợ dòng J(i,i) q- Tốc đợ nước vào ra khu vực đang xét Si q - Là sự dịch chuyển của Si đi ra trên một V đơn vị thể tích Ci - Là nồng đợ của Si trong nước Si J (i, i) = qCi - q V 73 Từ thực nghiệm ta có các cơng thức C1 = D1 (v) S1 J (1,1) = qD (v) - q 1 V S2 J (2, 2) = qC2 (v) - q V S3 J... hình có thể tối ưu các phép đo ngồi hiện trường Q trình lặp, mơ hình và phép đo bổ sung cho nhau Kiểm tra các giả thiết khoa học 51 Giới hạn của mơ hình § Mơ hình khơng khi nào chứa tất cả các đặc điểm của hệ thực Đây vẫn chỉ là mơ hình ! § Mơ hình có thể có sai sót từ việc đơn giản hóa, sự cắt đi nhiều thành phần của mơ hình 52 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC MƠ HÌNH TỐN SINH THÁI Bùi Tá Long, Viện Mơi trường. .. SINH THÁI Bùi Tá Long, Viện Mơi trường và Tài ngun 53 Tổng quan về bài giảng 1 Mục tiêu 1 Mục tiêu •Các ngun lý, các bước xây dựng mơ hình tốn trong nghiên cứu mơi trường sinh thái 2 Nội dung 2 Nội dung •Mơ hình lý luận (conceptual model) •Xây dựng mơ hình tốn sinh thái cụ thể Bài tập ứng dụng 54 q Đợ lớn của hệ: chiều dài, đợ cao, hình thể; q Thời gian tồn tại (tuổi thọ); q Khả năng phát triển... biến trạng thái Dinh dưỡng trong nước (S1) Thực vật nổi (S2) Động vật nổi (S3) Động vật đáy (S4) Cá (S5) Mưa, gió, nhiệt đợ, bức xạ, áp suất, khơng khí Chế đợ đánh bắt cá và bở sung dinh dưỡng 63 J(3,1) V1 Động vật nổi (S3) Khí hậu J(3,5) J(3 ,2) Dinh dưỡng S1 J(1 ,2) J (2, 3) Thực vật nổi S2 J (2, 1) Cá S5 J (2, 4) J(1 ,2) Điều khiển của con người V2 J(4,5) Động vật đáy S4 J(4,1) 64 § Một hệ gồm n biến... , , S N ) N = 1: S được gọi là hệ một chiều N ³ 2 : S được gọi là hệ nhiều chiều 61 § Dòng dịch chuyển vật chất từ trạng thái này đến trạng thái khác của hệ trong một đơn vị thời gian được gọi là tốc đợ dòng giữa 2 trạng thái Ký hiệu J(i,j) là tốc đợ dòng từ trạng thái i đến trạng thái j Mồi S1 J(1 ,2) J(1,1) Thú S2 J (2, 2) 62 § Ngồi các thành phần, hệ còn có các biến ngoại sinh và biến điều... nghiệm; 70 J (2, 1) là tốc đợ tái sinh dinh dưỡng qua thực vật nổi bài tiết và chết, nó phụ thuộc vào thời tiết và sớ lượng thực vật nổi, nên J ( 2 ,1) = S 2 G Tp ( X T ) 71 J(3,1) là tốc đợ tái sinh dinh dưỡng qua động vật nổi , tức là do sự thối rữa của động vật nổi, và phần dinh dưỡng qua thực vật đến với động vật nổi, sau khi dùng khơng hết lại trở về với dinh dưỡng é a2 K 2 ù J ( 3,1)... vật chủ, thực vật là vật mồi và J (2, 3)=aS2S3 trong đó a=Cg/V với Cg là tốc đợ lọc của mỗi cá thể; V: thể tích; S2/V: đợ tập trung thực vật trong 1 đơn vị thể tích: 69 J(1 ,2) là tốc đợ tiêu thụ dinh dưỡng của thực vật nổi phụ thuộc vào một sớ biến ngoại sinh như: nhiệt đợ, bức xạ, tổng sớ dinh dưỡng S1 Vậy: J (1 ,2) = GT ( X T )G S ( X S ) a1 K 1 S1 S 2 M K 1 + S1 M: tốc đợ tăng trưởng... độ (mg/l) (trong mơ hình dân số A, B có thể có thứ ngun là số đơn vị trên một đơn vị diện tích) § Các mũi tên (1) – (6) chỉ các q trình 58 Ngun lý bảo tồn khối lượng 59 Mơ hình lý luận (Conceptual Model) (1) (3) A (2) dA = dt (4) B (6) dB = dt (5) 60 § Xét một hệ sinh thái S gồm các thành phần (biến trạng thái) Si Khi đó có thể biểu diễn dưới dạng 1 véctơ như sau: S = (S 1 , S 2 , , S N ) N = 1: . ViệnMôitrườngvàTàinguyên 54 Tổngquanvềbàigiảng 1. Mụctiêu 1. Mụctiêu 2. Nộidung 2. Nộidung •Cácnguyênlý, cácbướcxâydựngm hình toántrongnghiêncứumôitrườngsinhthái •Môhìnhlýluận(conceptual model) •Xâydựngmôhìnhtoánsinhtháicụthể •Bàitậpứngdụng 55 q. vẫn chỉ là mô hình ! § Mô hình có thể có sai sót từ việc đơn giản hóa, sự cắt đi nhiều thành phần của mô hình. 53 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH TOÁN SINH THÁI BùiTáLong, ViệnMôitrườngvàTàinguyên 54 Tổngquanvềbàigiảng 1 ảnhhưởngthế nàotớihệsinhthái. § Mô hìnhmôitrường đượcsửdụng để trả lờichocâu hỏinày, nóicáchkhácmôhìnhmôitrường đượcdùng để dự báo. 48 Mô h ì nh qu ả n lý v à mô h ì nh kiểmsoát § Khichúngtachọncácphươngántínhtoánkhácnhau,