突變理論在環(huán)境科學研究中的應用論文
隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對于環(huán)境質量的要求愈發(fā)迫切，環(huán)境科學的研究也越來越受到重視。環(huán)境問題具有類型多、成因復雜、影響面積廣、社會危害大等特點，同時影響某一種環(huán)境問題的因素較多,迫切需要采用新的研究方法應用到環(huán)境科學的研究領域中。
自然界中的變化有兩種基本方式，第一種是連續(xù)性的變化，即系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)性的變化，存在著連續(xù)的增長或者下降，運用微積分的方法可以很好的研究和解釋這種變化;另一種就是變化存在著不連續(xù)的突調和飛躍，從一個狀態(tài)忽然轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，此類問題微積分學無法研究，而這種現(xiàn)象在自然界中廣泛存在，例如金屬的相變、水的沸騰、橋梁的忽然坍塌、細胞的分裂、人情緒的波動等，而系統(tǒng)狀態(tài)從一種形式突然跳到另一種形式，就稱為突變。
1突變理論的主要內容
突變理論,又稱實變理論，是在1968年由法國數(shù)學家湯姆(ReneThom)創(chuàng)立的，理論創(chuàng)立后不久，就作為一支新興的學科迅速發(fā)展起來。突變理論是數(shù)學中拓撲學的一個分支，主要研究動態(tài)系統(tǒng)中的不連續(xù)現(xiàn)象。近些年來，通過對突變理論的不斷了解和研究的不斷深入,突變論在理論及應用上都取得了很大的發(fā)展。
2突變理論與突變級數(shù)法
在突變理論中，突變級數(shù)法是一種應用最為廣泛的綜合評價方法。突變級數(shù)是一種多維模糊綜合隸屬函數(shù)。突變級數(shù)方法與傳統(tǒng)的綜合評價方法相比，在評價過程中不需要考慮各指標的權重，僅要考慮同一突變單元中的各指標的相對重要性,從而減少了評價的主觀性和復雜性。使得評價結果客觀、準確，同時計算過程較簡便。通過部分學者的研究結果來看，運用突變級數(shù)法與運用傳統(tǒng)的綜合評價法進行綜合評價的結果基本相同，但該方法所需數(shù)據(jù)量少、計算過程簡便。突變級數(shù)法在計算多目標評價決策問題上應用更適宜和準確。
基于突變級數(shù)法的基本步驟有：
2,1建立層次結構模型
根據(jù)綜合評價的目的，將各個目標細化為若干個指標,對評價指標進行分組，組合建立起樹狀目標層次結構，每個指標要進行分解成更加具體的指標，直到可以對某個子指標進行定量化描述為止。在同一個層次的各個指標中，要將相對重要的指標放在這一層的前面。由于一般初等突變中，狀態(tài)變量不超過4個，所以應盡量將評價指標控制在4個以內，超過4個的應根據(jù)重要程度進行相應的取舍。
2.2確定各層次的突變系統(tǒng)類型
根據(jù)某一突變單元中控制變量的數(shù)目確定突變系統(tǒng)類型，如控制變量數(shù)自為2時，該突變單位則為尖點突變模型。
2.4數(shù)據(jù)的'歸一化處理
由于各評價指標的數(shù)值和單位不同，無法進行綜合評價運算，所以，首先通過歸一化的方式去掉量綱。
2.5利用歸一化公式進行綜合評價
根據(jù)各指標初始的數(shù)值，按歸一化公式由下到上依次分別計算各控制變量的值，直至計算到評價的最高層，即總目標層，得出突變級數(shù)綜合隸屬度，即評價綜合值。
3.突變理論
應用突變級數(shù)法進行綜合評判時，必須考慮兩個原則：(1)“非互補性”原則：同一對象各控制變量不存在明顯相互關聯(lián)的作用，即為非互補性，在計算時來用最小值作為系統(tǒng)的值x=min|Z?，毛，總,毛1;(2)“互補性”原則:各控制變量存在相互關聯(lián)3突變理論在環(huán)境科學中的應用。
3.1突變理論在環(huán)境研究中的應用前提分析
生態(tài)系統(tǒng)是一個涉及多個因素的復雜系統(tǒng)，時刻處于一個動態(tài)的平衡狀態(tài)，目卩穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，對于一定的干擾,可以通過生態(tài)系統(tǒng)的自身調節(jié)能力減小或消除對其產(chǎn)生的影響，并繼續(xù)保持穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，發(fā)揮自我恢復能力，最終生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能依然可以保持。
但是，如果對生態(tài)系統(tǒng)的干擾達到一定程度，生態(tài)系統(tǒng)就不能通過自身的調節(jié)能力恢復到受干擾之前的狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)結構和功能發(fā)生了根本性變化，造成了生態(tài)系統(tǒng)的退化。生態(tài)系統(tǒng)由一個連續(xù)狀態(tài)突然變?yōu)橐粋€間斷狀態(tài)，這個過程就是一個突變過程，使生態(tài)系統(tǒng)從可以自我恢復到發(fā)生根本性變化的那一點就是突變點。基于以上分析可以看出，生態(tài)系統(tǒng)就是一個大的突變系統(tǒng)，可以運用突變理論對其進行研究。
3.2突變理論在生態(tài)系統(tǒng)中的簡單應用
突變理論在生態(tài)系統(tǒng)中已有了簡單的應用，人們在管理草場的草地生態(tài)系統(tǒng)、林場的森林生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)時都可以通過應用突變理論，使管理更加科學。
在草地生態(tài)系統(tǒng)中確定放牧與草場的關系。對于一個草場來說，如果人們不進行放牧或放牧量過少，草場則會發(fā)生正向演替，向樹木方向發(fā)展;而如果過度放牧，則會對草場造成破壞，使之發(fā)生逆向演替，向荒漠化方向發(fā)展，因此，確定一個合適的放牧量，既可以使牧草資源得到充分利用，而且也可以使草場迅速得到恢復，使牧草資源可以持續(xù)利用。根據(jù)突變理論就可構造一個突變模型，狀態(tài)變量為草場單位面積蓄積量，控制變量為降水量和單位面積牲畜數(shù)量。通過得出這個突變模型的突變點，人們就可以調節(jié)最佳的放牧量。
同理，在水生生態(tài)系統(tǒng)中，運用突變理論確定最佳捕魚量，既能使捕魚量最大獲得最大的經(jīng)濟效益又能保證種群的可持續(xù)發(fā)展。在森林生態(tài)系統(tǒng)中通過突變理論確定最佳砍伐量，判斷何時采伐能獲得木材的穩(wěn)定高產(chǎn)，且不致破壞種群恢復再生產(chǎn)的能力。
3.3突變理論在環(huán)境科學領域的具體應用
突變理論在環(huán)境科學的具體研究中應用還不是很多，研究的并不深入。目前在環(huán)境科學的研究中應用較好的有：(1)研究生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，即通過控制某一條件使生態(tài)系統(tǒng)維持在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)中，利用生態(tài)系統(tǒng)的自我的恢復能力能夠維持其健康和良性循環(huán)。(2)控制合理的環(huán)境污染水平，通過突變理論中突變點的控制作用，制定合理的污染水平，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一。(3)地下水、尾礦庫、礦山等生態(tài)風險評估，運用突變理論預測的結果與實際情況比較相符。(4)在環(huán)境模擬預測中應用突變理論，對分析環(huán)境狀態(tài)演變及發(fā)展態(tài)勢有獨特之處。(5)在環(huán)境影響評價中，特別是對單因子污染評價方面的應用，將突變理論應用在大氣環(huán)境質量的評價中，通過對污染因子次序的調換引起某地大氣質量評價結果順序的變化可以確定某地區(qū)的主要污染物類型，從而為當?shù)氐沫h(huán)境管理提供技術支持[1°]。(6)生態(tài)系統(tǒng)的治理與恢復方面，例如：判斷水生生態(tài)系統(tǒng)是缺水性還是污染行水生態(tài)危機，運用突變理論可以在水生態(tài)系統(tǒng)研究中起到很大的作用。(7)環(huán)境中多目標的綜合決策問題，例如，生態(tài)風險評估研究、生態(tài)系統(tǒng)健康評價、生態(tài)安全研究,運用突變理論具有計算簡單、所需的數(shù)據(jù)量較少等明顯優(yōu)勢。部分學者運用相同的基礎數(shù)據(jù)，分別采用突變級數(shù)法和模糊理論綜合評價法獲得的結論大體相同，說明突變理論中的突變級數(shù)法的評價結果科學、可靠。
4結語
目前,隨著社會的飛速發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的矛盾日益突出，環(huán)境污染問題多發(fā)且復雜，迫切需要先進的理論方法應用到環(huán)境科學的研究中。突變理論能夠很好的研究系統(tǒng)發(fā)生的不連續(xù)變化，非常符合環(huán)境問題發(fā)生不連續(xù)變化的特點。因此，隨著人們對突變理論的認識、學習和研究的不斷深入，突變理論必將在未來環(huán)境科學研究領域中發(fā)揮越來越重要的作用。
【突變理論在環(huán)境科學研究中的應用論文】相關文章：
本文來源：http://www.nvnqwx.com/shiyongwen/2624338.htm