环境系统数学模型

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出版者:化学工业出版社
作者:郑彤
出品人:
页数:261
译者:
出版时间:2003-1
价格:40.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787502532512
丛书系列:
图书标签:
  • 数学模型
  • 环境科学
  • 系统分析
  • 生态建模
  • 环境系统
  • 数值分析
  • 优化模型
  • 环境工程
  • 计算生态学
  • 环境模拟
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具体描述

随着社会经济的高速发展,地球环境资源遭受掠夺式地开发,生态环境日趋恶化,严重地威胁着人类的可持续发展。协调发展与保护环境,用系统的观点去看待、用系统工程方法去解决经济发展与环境保护之章的关系,进而寻求解决环境与经济之章矛盾的有效途径。环境系统数学模型就是在此基础上编写而成。全书共分七章,主要介绍了数学建模的基本知识,污染物在环境介质中的最基本运动规律的数学描述以及地表水、地下水、大气、多介质环境以及生态环境相关模型的建立及性质;同时,还对目前常用的一些地表水、大气环境质量预测的模型软件做了简要介绍;此外,在附录中对1999~2000年ICM获得杰出奖的优秀论文进行了简介。该书基本涵盖了环境系统数学建模所涉及的最有代表性的领域,具有较强的知识性、可操作性和实用价值。本书主要适用于环保科研、环境规划设计、管理人员参考;也可供高等院校的本科生研究生、教师及ICM参赛者研究学习之用。

《环境系统数学模型》是一本专注于运用数学工具解析和预测复杂环境现象的专业著作。本书并非泛泛而谈,而是深入剖析了多种具有代表性的环境系统,并针对这些系统构建和应用了相应的数学模型。 在开篇部分,作者首先为读者构建了坚实的理论基础。这部分内容细致地介绍了数学建模在环境科学中的重要性,阐述了模型的基本原理、分类及其在环境研究中的应用价值。从宏观的气候变化到微观的污染物扩散,数学模型都扮演着不可或缺的角色,它们帮助我们理解、量化并预测环境的变化趋势,从而为环境保护和可持续发展提供科学依据。作者在此强调了模型简化、参数化、验证和校准等关键步骤,以及不同类型模型的优势与局限性,旨在引导读者建立正确的建模思维。 接着,本书进入了具体的案例分析阶段,每一章都聚焦于一个特定的环境系统,并围绕该系统展开详尽的数学建模探讨。 例如,在水环境建模方面,本书详细介绍了河流和湖泊中污染物输运和转化过程的数学描述。读者将学习如何利用偏微分方程来模拟溶解性污染物的扩散、衰减以及沉积等过程,并探讨如何将生物化学反应纳入模型,以预测水体自净能力和富营养化风险。此外,本书还会涉及地下水流动的数值模拟,重点讲解 Darcy 定律、质量守恒方程及其在污染羽扩散、地下水资源评估等方面的应用。对于海岸带和海洋环境,模型将侧重于潮流、波浪及其对污染物和泥沙输运的影响,并可能引入更复杂的耦合模型来捕捉多物理过程之间的相互作用。 在空气质量模拟方面,本书会深入解析大气污染物(如 SO2、NOx、PM2.5 等)的排放、扩散、化学反应和沉降过程。读者将接触到高斯羽流模型、拉格朗日粒子模型以及更先进的欧拉网格模型,并学习如何将气象数据、排放清单和化学反应机理整合到模型中,以预测特定区域的空气污染浓度分布和演变。本书还会讨论城市尺度的空气污染模型,以及如何考虑地形、建筑效应和化学反应对污染物分布的影响。 土壤与地表过程建模是另一重要组成部分。本书将探讨土壤侵蚀模型,分析降雨、坡度、土地利用等因素如何影响土壤颗粒的剥离和搬运,并介绍相应的数学方程和数值计算方法。对于地表径流和洪水模拟,本书会详细介绍水文模型,例如基于集流理论的模型或基于物理过程的模型,如何模拟降雨径流的产生、汇流和河道演进,并预测洪水水位和流量。此外,土壤水分运移和养分循环模型也将被纳入讨论,以理解土壤肥力变化和植物生长的驱动机制。 生物地球化学循环是本书的核心关注点之一。本书会深入探讨碳循环、氮循环等关键生物地球化学过程在陆地生态系统和水生生态系统中的数学模拟。读者将学习如何构建模型来描述植物的光合作用、呼吸作用、凋物分解以及土壤微生物活动,以及这些过程如何影响温室气体排放和营养物质的转化。对于气候变化影响下的生态系统响应,本书会引入考虑 CO2 浓度升高、温度变化和降水格局改变对生态系统功能影响的模型。 本书的另一个重要特色是对复杂系统相互作用的关注。作者认识到环境要素之间并非孤立存在,而是相互关联、相互影响的。因此,本书会探讨如何构建耦合模型,以捕捉不同环境子系统之间的反馈机制。例如,气候模型与植被模型、水文模型与土地利用模型之间的耦合,以及这些耦合如何影响全球或区域尺度的环境变化。 在模型方法学方面,本书不仅介绍理论,更注重实际应用。它会讲解各种数值求解方法,如有限差分法、有限元法和谱方法,以及它们在不同类型环境模型中的适用性。同时,本书还会讨论模型的不确定性分析和敏感性分析,帮助读者理解模型输出的可靠性,并识别影响模型预测的关键参数。 此外,本书还将触及模型在环境管理和政策制定中的作用。通过模拟不同减排策略或土地利用规划对环境质量的影响,本书展示了数学模型如何为决策者提供科学依据,以制定更有效的环境保护措施和可持续发展方案。 总而言之,《环境系统数学模型》是一本内容详实、理论与实践相结合的学术著作,它旨在为环境科学、生态学、地理学、水文学、大气科学以及相关工程领域的学生和研究人员提供一套严谨的数学分析工具,帮助他们深入理解并有效地应对日益严峻的环境挑战。本书的每一部分都力求呈现最前沿的建模思想和方法,并辅以清晰的数学推导和直观的图表解释,确保读者能够透彻掌握所学内容。

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读后感

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用户评价

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这本书的阅读体验,就像是在进行一场智力探险。我以前总觉得环境科学的研究门槛很高,尤其是涉及到数学模型的部分,更是让我望而却步。但这本书的语言风格非常亲切,作者善于运用类比和比喻,将复杂的概念解释得通俗易懂。我记得在讲解“全球气候模型”的时候,作者将模型比作一个巨大的“地球模拟器”,通过调整参数,我们可以模拟出不同气候情景下的地球状态,这让我对模型的工作原理有了非常直观的认识。 更重要的是,这本书让我看到了数学模型在环境保护中的实际价值。它不仅仅是学术研究的工具,更是推动政策制定、指导实践行动的重要依据。我记得书中举了一个关于“城市空气质量模型”的例子,通过模型预测,城市管理者能够更有效地采取减排措施,从而改善空气质量,这让我深切地感受到科学的力量。

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这本书带给我的最大感受,是它让我对“系统”这个词有了全新的理解。我之前总觉得环境问题是孤立的、碎片化的,但通过书中对不同环境系统数学模型的介绍,我看到了它们之间千丝万缕的联系,以及它们是如何相互影响、共同演化的。例如,在分析“大气-海洋相互作用模型”时,我才真正理解到,远在千里之外的海洋变化,是如何影响到陆地上的气候的。 我特别欣赏书中对模型“可视化”的强调。很多时候,抽象的数学公式和模型参数,并不能直观地展现出环境系统的行为。而这本书则通过大量的图表、模拟结果展示,将模型的输出变得生动形象,让我更容易理解模型的含义和模型的预测结果。这让我觉得,数学模型不仅仅是冰冷的数字,更是能够描绘出地球生命活力的艺术。

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这本书的结构安排得非常巧妙,每个章节之间过渡自然,内容由浅入深。我之前对一些环境模型,比如“黑箱模型”的概念感到有些模糊,但读完书中对这一章节的详细阐述,我豁然开朗。作者通过生动的比喻和详实的图示,将抽象的概念变得通俗易懂。我尤其欣赏书中对不同模型之间相互联系和区别的分析,这有助于我建立起一个更全面的模型知识体系。 我记得有一个章节是关于“模型验证与评估”的,作者在这里花了很大的篇幅来讲解如何判断一个模型的优劣,以及如何通过各种技术手段来评估模型的准确性和可靠性。这一点对我来说非常有启发。很多时候,我们都会倾向于相信模型输出的结果,却很少去深究模型本身是如何构建的,以及它的局限性在哪里。这本书让我意识到,批判性思维在模型应用中是多么重要。它教会我,不能盲目依赖模型,而是要对其保持一种审慎的态度,并在实际应用中不断检验和完善。

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这本书,我拿到的时候,心里就隐隐有种期待,也有一丝丝的忐忑。我一直对环境问题很关注,但说实话,我对数学模型这块儿的接触并不算深入。我记得当时翻开这本书的封面,看到“环境系统数学模型”这几个字,脑子里闪过的第一个念头就是:这会不会太枯燥了?会不会全是冷冰冰的公式和推导?然而,翻过几页之后,我的担心渐渐消散了。作者似乎很有意识地在避免那种学院派的、让人望而生畏的写作方式。开头的部分,对环境系统模型的基本概念、分类以及其在环境保护、资源管理等领域的重要性进行了非常清晰的阐述,就好像一位经验丰富的导游,把你领进了知识的殿堂,但又不像那种只会照本宣科的导游,他会时不时地抛出一些引人深思的问题,让你主动去思考模型存在的意义和价值。 我特别欣赏书中对不同类型环境模型的介绍,比如概念模型、统计模型、过程模型等等。作者没有停留在简单的罗列,而是通过大量的实例,将这些抽象的模型具象化。我记得有一个关于水污染扩散的模型,作者花了相当大的篇幅来讲解模型的构建思路,从最初的假设,到参数的选择,再到方程的推导,每一步都解释得非常到位。更重要的是,他会告诉你,为什么需要建立这样一个模型,它能解决什么实际问题,以及模型可能存在的局限性。读到这里,我才真正体会到,数学模型并非仅仅是纸上谈兵,而是解决现实世界复杂问题的有力工具。

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这本书给我带来了一种“解构”的乐趣。我之前对很多环境现象,比如“全球变暖”、“物种灭绝”等,都感到非常困惑和无力,觉得它们太过于宏大和复杂,难以理解。但通过书中对不同环境系统的数学模型建模的介绍,我开始能够将这些宏大的问题分解成一个个可控的、可分析的组成部分,并理解它们之间的因果关系。 我特别喜欢书中关于“生态系统恢复力模型”的探讨。它不仅仅是描述了生态系统如何应对干扰,更是探讨了我们如何通过模型来评估和促进生态系统的恢复力。这一点让我觉得非常有意义,它让我看到了科学研究不仅仅是“认识世界”,更是“改造世界”,为建设一个更可持续的未来贡献力量。

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这本书带给我的最大惊喜,莫过于它将一些看似复杂的环境问题,通过数学模型的方法,变得井井有条,甚至可以说是一种“诗意”的呈现。我之前总觉得环境问题的复杂性在于它的多因素交织,难以捉摸。但通过书中对不同环境系统的建模过程,我看到了逻辑的力量。例如,在分析城市热岛效应时,书中详尽地介绍了如何将气象数据、城市景观、建筑材料等多种因素纳入模型,并用一系列的数学方程来描述它们之间的相互作用。读到这里,我仿佛亲眼见证了一个生动的城市生态系统在我的脑海中被“重构”出来。 更让我印象深刻的是,书中并不回避模型本身的局限性和不确定性。作者非常坦诚地指出,任何模型都是对现实世界的简化,都存在一定的误差和不准确之处。但他同时强调,正是通过对模型的不确定性进行分析和量化,我们才能更好地理解模型的可靠性,并在决策时做出更明智的选择。这一点非常重要,它避免了将模型神化,也让读者对模型的使用有了更清醒的认识。我记得书中讨论了一个关于生态系统恢复的模型,在分析模型输出结果时,作者特别强调了敏感性分析和情景模拟的重要性,这让我对模型的应用有了更深的理解。

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读这本书的过程,我感觉自己像是在跟一位非常博学的导师对话。他不会直接把答案丢给你,而是循循善诱,引导你去发现问题,去思考如何用数学的语言去描述和解决这些问题。书中的案例选取也非常贴合实际,涵盖了从大气污染、水资源管理到生态系统演变等多个领域。我尤其对书中关于气候变化模型的章节印象深刻,它不仅仅介绍了模型的原理,更展示了模型如何帮助我们预测未来的气候趋势,以及这些预测对我们制定应对策略的指导意义。 我觉得这本书最棒的地方在于,它不是一本纯粹的教科书,而是更像一本“思想集”。它不仅仅教你如何“建模”,更重要的是教会你“如何思考”。在讲解每一个模型的时候,作者都会穿插一些关于模型哲学、模型不确定性以及模型在政策制定中的作用的讨论。这些讨论让我对环境科学的研究方法有了更深的理解,也让我意识到,数学模型不仅仅是一种技术手段,更是一种认识世界、改造世界的重要思想工具。我记得书中有一段话,大意是说,模型是人类理解复杂系统的一扇窗户,而打开这扇窗户,需要我们具备严谨的逻辑思维和创新的探索精神。

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当我翻阅这本书的时候,我有一种置身于实验室的感觉,仿佛我不再是一个旁观者,而是能够通过模型来“操作”和“模拟”环境系统的变化。书中关于“水文模型”的章节,详细介绍了如何模拟降雨径流、地下水流动以及水体污染物扩散等过程,这对于理解和管理水资源至关重要。我记得书中通过一个具体的流域案例,一步步地展示了模型的构建、校准和验证过程,这让整个过程非常清晰和易于理解。 更让我感到兴奋的是,书中还涉及了一些前沿的环境模型技术,例如“遥感数据在环境模型中的应用”和“机器学习在环境预测中的潜力”。这些内容让我看到了环境科学研究的未来发展方向,也激发了我进一步深入学习的兴趣。我感觉这本书就像一座桥梁,连接了我对环境问题的热情和对数学工具的渴望,让我看到了将两者结合起来的可能性。

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这本书给我的感觉,就像是在我眼前展开了一幅描绘地球生命脉络的复杂画卷。我之前对环境系统的认识,大多停留在比较宏观和定性的层面,而这本书则用严谨的数学语言,将这些复杂的系统“解构”并“重塑”。我特别喜欢书中关于“生态系统动力学模型”的章节,它用一套完整的数学框架,来描述不同物种之间的相互作用、能量流动以及群落演替等过程。读到这里,我才真正体会到,大自然中看似杂乱无章的现象,其实都蕴含着深刻的数学规律。 令我印象深刻的还有书中对“模型不确定性与风险分析”的深入探讨。作者并没有回避模型本身的“不完美”,而是积极地引导读者去理解模型的不确定性来源,并提供了一系列量化和管理风险的方法。这一点对于我们在面对复杂的环境决策时,非常有指导意义。它教会我,不能因为模型的不确定性就否定它的价值,而是要学会如何在不确定性中做出更优的选择。

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不得不说,这本书的内容深度和广度都超出了我的预期。我原本以为它会是一本偏重于理论推导的书籍,但实际上,它更像是一本“应用指南”。书中列举了大量现实世界中的环境问题,并详细介绍了如何运用数学模型来分析和解决这些问题。我印象最深刻的是关于“生物地球化学循环模型”的章节,它将复杂的物质循环过程用精巧的数学语言呈现出来,让我对地球生态系统的运转机制有了全新的认识。 让我感到非常惊喜的是,书中不仅仅是介绍模型本身,更重要的是它关注模型的“应用”和“意义”。作者会在讲解每一个模型之后,都会深入探讨该模型在环境保护、政策制定、资源管理等方面的具体应用场景,以及它所能带来的实际效益。这一点让我觉得非常有价值,它让我看到了理论研究与实际应用之间的紧密联系,也让我对学习和掌握环境系统数学模型有了更强的动力。

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