Models in Ecosystem Science

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出版者:Princeton UP
作者:Charles D. Canham
出品人:
页数:456
译者:
出版时间:2003
价格:$45.00
装帧:Paper
isbn号码:9788069109285
丛书系列:
图书标签:
  • 生态系统科学
  • 生态建模
  • 系统动力学
  • 环境科学
  • 数学建模
  • 生物数学
  • 生态学理论
  • 模型分析
  • 复杂系统
  • 可持续性
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具体描述

Quantitative models are crucial to almost every area of ecosystem science. They provide a logical structure that guides and informs empirical observations of ecosystem processes. They play a particularly crucial role in synthesizing and integrating our understanding of the immense diversity of ecosystem structure and function. Increasingly, models are being called on to predict the effects of human actions on natural ecosystems. Despite the widespread use of models, there exists intense debate within the field over a wide range of practical and philosophical issues pertaining to quantitative modeling. This book--which grew out of a gathering of leading experts at the ninth Cary Conference--explores those issues.

The book opens with an overview of the status and role of modeling in ecosystem science, including perspectives on the long-running debate over the appropriate level of complexity in models. This is followed by eight chapters that address the critical issue of evaluating ecosystem models, including methods of addressing uncertainty. Next come several case studies of the role of models in environmental policy and management. A section on the future of modeling in ecosystem science focuses on increasing the use of modeling in undergraduate education and the modeling skills of professionals within the field. The benefits and limitations of predictive (versus observational) models are also considered in detail. Written by stellar contributors, this book grants access to the state of the art and science of ecosystem modeling.

《生态系统中的模型:从理论到实践的深入探索》 本书导言: 在当代生态学研究中,模型已成为理解复杂生态系统运作机制、预测未来变化趋势不可或缺的工具。生态系统是高度复杂的、动态的实体,涉及无数相互关联的变量、反馈回路和非线性过程。仅凭观察和实验往往难以揭示其深层规律。《生态系统中的模型:从理论到实践的深入探索》旨在为生态学家、环境科学家、资源管理者以及对生态系统建模感兴趣的专业人士提供一套全面而深入的指南。本书不仅仅是一本关于如何构建模型的教科书,更是一部关于如何利用模型思维来解决现实世界生态学挑战的实践手册。 本书的创作初衷是弥合理论生态学与实际应用之间的鸿沟。许多经典模型建立在理想化的假设之上,但在实际应用中,这些假设往往需要根据特定的研究地点、物种和环境条件进行调整。因此,本书的重点不仅在于介绍标准模型框架(如基于个体的模型、基于主体的模型、种群动态模型、能量流模型等),更在于探讨如何根据具体问题情境进行模型选择、参数化、校准和验证。我们坚信,一个“好”的模型是那个能够清晰地反映研究问题的核心机制,并且其预测结果能够被实际观测数据有效支持的模型。 第一部分:建模的基础与哲学 本部分为后续的深入探讨奠定坚实的理论基础。我们首先剖析了生态系统建模的本质:它是关于简化、抽象和类比的过程。生态模型是对现实世界的简化描述,它必然会丢失信息,关键在于哪些信息被保留,以及这些保留的信息如何服务于特定的研究目标。 第一章:生态系统模型的基石 我们将详细介绍模型构建的哲学层面。什么是“解释性”模型与“预测性”模型?模型选择的权衡(如复杂性与可解释性之间的关系)。本章将探讨奥卡姆剃刀原则在生态建模中的应用,以及如何评估模型的“充分性”。我们还将首次引入层次模型结构的概念,为理解多尺度过程打下基础。 第二章:数学语言与计算框架 本章聚焦于生态模型赖以构建的基本数学工具。我们将复习微分方程(ODE和PDE)在描述连续时间动态中的作用,以及差分方程在离散时间模型中的应用。重点内容包括稳定性分析(如李雅普诺夫稳定性)、分岔理论在描述物种共存与灭绝临界点上的应用。此外,我们还将介绍计算建模中常用的编程范式,强调使用R、Python等主流环境进行模型实现和可视化。 第二部分:核心生态过程的建模 本部分深入剖析了生态学中几个最核心的过程及其相应的经典和现代模型。我们力求展示这些模型如何从基础理论发展而来,并讨论它们在面对现实世界复杂性时的局限性。 第三章:种群动态的精细刻画 从经典的Logistic增长模型和Lotka-Volterra竞争模型出发,本书逐步引入了更具现实意义的结构化模型。我们将详细探讨年龄结构、空间结构和遗传结构对种群动态的影响。特别关注基于生命历史策略(LHS)的模型如何整合不同生命阶段的生存率和繁殖率,并分析环境随机性(如气候波动)如何通过随机微分方程或基于主体的模拟引入模型。 第四章:群落生态学与相互作用 本章处理多个物种间的复杂互动。除了更精细的捕食者-猎物模型(如Holling功能反应的演变),我们将重点介绍食物网的结构稳定性分析。我们将讨论如何使用网络理论工具(如模块化、中心性指标)来评估关键物种(Keystone Species)在维持生态系统功能中的作用。对于竞争排除原理的实际应用,我们将考察资源异质性如何允许物种共存(如Tilman模型框架的扩展)。 第五章:物质循环与能量流 生态系统的功能性依赖于物质和能量的流动。本章将超越简单的箱式模型(Compartment Models),转而关注更精细的生物地球化学循环模型。我们将探讨碳、氮、磷循环在不同时空尺度上的动态模拟,重点分析植被、土壤微生物群落与大气之间的反馈机制。特别将介绍如何将气候模型(如大气CO2浓度、温度)的输出有效地耦合到这些生物地球化学模型中。 第三部分:尺度、异质性与不确定性 生态学研究的固有挑战在于尺度问题和环境的不可预测性。本部分专注于解决这些挑战,提供处理空间异质性和量化不确定性的高级技术。 第六章:空间生态学与元群落理论 空间是生态过程发生的舞台。本章将重点介绍空间自相关和景观格局对模型结果的影响。我们将探讨基于网格(Grid-based)的模型与基于个体的模型(ABM)在模拟扩散和源-汇动态中的优劣。我们将深入解析如何将景观生态学中的度量(如斑块大小、连接度)融入到模型参数中,以模拟栖息地破碎化的影响。 第七章:多尺度建模与跨尺度链接 如何将微观过程(如酶促反应速率)与宏观现象(如区域碳汇)联系起来是现代生态建模的前沿。本章将介绍升尺度(Upscaling)和降尺度(Downscaling)的技术,特别是瞬态聚合(Instantaneous Aggregation)与时间/空间平均化在不同模型框架中的适用性。我们将展示如何通过多尺度建模来识别在不同尺度下驱动系统行为的主导过程。 第八章:量化不确定性与贝叶斯方法 模型预测的可靠性依赖于对不确定性的准确评估。本章将详细介绍误差来源的分解(结构不确定性、参数不确定性、输入数据不确定性)。我们将重点阐述贝叶斯推断方法(如MCMC)在生态模型校准和参数估计中的强大能力,它允许研究者将先验知识有效地整合到模型评估过程中,从而生成更稳健的概率预测区间。 第四部分:应用与未来方向 本书的最后部分将讨论如何将成熟的模型工具应用于实际管理决策,并展望该领域的未来发展趋势。 第九章:应用于资源管理与保护 本章将通过案例研究展示模型在实际决策中的作用。我们将分析捕捞努力量模型在可持续渔业管理中的应用,以及栖息地适宜性模型(MaxEnt等)在物种保护规划中的效用。重点探讨了模型反馈机制如何在制定管理政策时帮助评估不同干预措施的长期后果,强调模型的透明度和可验证性是政策采纳的关键。 第十章:前沿交叉领域与未来展望 生态系统科学正以前所未有的速度与大数据、人工智能交叉融合。本章将探讨如何利用机器学习技术(如神经网络、随机森林)来辅助传统过程模型,例如用于替代复杂的子模型或优化参数搜索。我们还将讨论对“模型验证”的再定义,以及在数据稀疏或系统完全未知的情况下,如何利用因果推断方法来增强模型的解释力。最后,本书将对未来模型在应对全球变化(气候变化、入侵物种)复杂冲击中的潜力与挑战进行总结。 本书特色: 本书的结构清晰,从基础理论逐步深入到高级应用,每一章都配有理论阐述、数学推导和基于真实数据的应用实例。我们特别强调了“模型可重复性”和“代码透明度”的重要性,并鼓励读者不仅是模型的消费者,更是积极的构建者和批判者。本书旨在培养读者形成一种“模型思维”,使他们能够根据任何给定的生态问题,选择、构建并批判性地评估最合适的建模工具。

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读后感

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用户评价

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《Models in Ecosystem Science》这本书,宛如一本详尽的工具手册,为我打开了理解和应用生态系统模型的大门。在阅读这本书之前,我对建模的认知主要停留在概念层面,而这本书则以一种非常实用和易懂的方式,将抽象的模型原理转化为具体的实践步骤。我尤其喜欢书中对模型构建过程中数据收集、预处理和选择的详细阐述,这部分内容往往是建模的起点,也是最容易被忽视的环节。作者以清晰的逻辑,指导我如何根据研究目标选择合适的模型,如何进行参数校准,以及如何进行模型验证。书中对个体为基础模型(individual-based models)的介绍,更是让我眼前一亮,它展现了如何通过模拟个体层面的行为和相互作用,来理解宏观生态系统的 emergent properties。我希望这本书能够成为我解决实际生态学问题的有力助手,帮助我构建、评估和应用生态系统模型,从而更深入地理解生态系统的复杂性,并为生态保护和管理提供科学依据。这本书的价值,在于它提供了一种系统性的方法论,让我能够以更科学、更量化的方式来认识和研究生态系统。

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《Models in Ecosystem Science》这本书,在我看来,不仅仅是一本关于生态系统模型的教科书,更是一次关于科学思维的深度探索。作者以极其精炼的语言,勾勒出生态系统模型发展的脉络,并深入浅出地剖析了各种模型的核心思想和应用范畴。我特别被书中对不同建模方法的比较和评价所吸引,它让我认识到,每一种模型都有其独特的优势和局限性,而选择何种模型,则取决于具体的科学问题和研究目标。书中对模型验证和不确定性分析的讨论,也让我印象深刻。它让我明白,科学研究的严谨性体现在对模型结果的审慎态度,以及对模型不确定性的清晰认知。我希望这本书能够帮助我提升对生态系统模型的设计、构建和应用能力,并能够将其有效地应用于我的学术研究中,解决我在生态学领域遇到的实际问题。这本书的价值,在于它不仅仅传授了知识,更重要的是,它培养了我一种批判性思维,让我能够以更审慎的态度去对待和使用生态系统模型,并将其转化为解决实际问题的有力工具。

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《Models in Ecosystem Science》这本书,如同一位经验丰富的向导,带领我穿梭于纷繁复杂的生态系统模型之中。在阅读的过程中,我最大的感受是,模型不仅仅是数学公式和计算机程序的集合,更是科学家们对自然界深刻洞察的结晶。作者用流畅的文笔,将抽象的模型概念具象化,让我能够直观地理解模型的构建思路和运作机制。我特别欣赏书中对不同建模方法的比较分析,例如,在理解食物网动力学时,书中对基于能量流动和基于网络结构的模型的阐述,让我对如何从不同角度来刻画生态系统交互关系有了更清晰的认识。此外,书中对模型参数的敏感性分析和不确定性传播的讨论,也让我深刻认识到,模型的可靠性很大程度上取决于我们对输入参数的理解和验证。我希望这本书能够帮助我提升分析和解释模型结果的能力,学会如何从模型输出中提取有价值的信息,并将其转化为对生态系统管理的实际指导。这本书的深度和广度,让我对生态学研究的定量化和预测性有了更深的认识,它无疑会成为我未来学术道路上的重要参考。

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在翻开《Models in Ecosystem Science》之前,我抱持着一种既期待又略带忐忑的心情。期待源于书名本身所承诺的深度和广度,科学建模在生态学研究中扮演的角色日益重要,我渴望能从中一窥其堂奥。然而,生态系统本身的复杂性,以及建模过程中可能遇到的种种挑战,也让我不得不对这本书的易读性和实用性有所顾虑。我希望这本书能以一种清晰、循序渐进的方式,带领我这个对建模有一定基础但并非专业背景的读者,理解模型是如何被构建、验证和应用于理解生态系统运作的。我尤其关注书中是否能提供一些实际案例,通过具体的例子来阐释抽象的模型原理,以及不同类型模型(例如,统计模型、过程模型、个体为基础的模型等)各自的优劣和适用场景。我对书中对模型参数化、不确定性分析以及模型输出解读等关键环节的讲解给予厚望,这些都是我在实际应用中常常遇到的瓶颈。此外,我希望作者能深入浅出地介绍当前生态系统建模领域的前沿技术和发展趋势,例如机器学习在生态学中的应用,以及如何利用大规模数据构建更精细、更具预测性的模型。我希望这本书不仅仅是一本理论教材,更能成为我解决实际生态学问题的有力工具,帮助我更好地理解和预测生态系统的变化,从而为环境保护和资源管理提供科学依据。这本书的出现,无疑填补了我在这方面知识的空白,让我能够更有信心地面对未来研究中可能出现的模型难题。

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我一直对生态系统的动态变化及其背后的驱动力充满好奇,而《Models in Ecosystem Science》这本书,则像一扇窗户,为我打开了通往理解这些复杂过程的另一条路径。在阅读这本书的过程中,我深刻体会到了模型作为一种科学工具的强大力量。它不仅仅是数学公式的堆砌,更是科学家们对自然界规律性认识的抽象和提炼。我尤其欣赏书中对不同建模方法的详尽阐述,从早期的简单回归模型,到如今日益复杂的动态模拟模型,每一种方法都有其独特的视角和适用范围。作者巧妙地将这些抽象的概念,通过生动形象的语言和图表,呈现在我眼前。例如,当读到关于种群动态模型的部分时,我仿佛能看到一个个虚拟的种群在屏幕上繁衍、竞争,模型的参数变化直接影响着它们的生存状况。书中对模型假设的探讨也让我受益匪浅,它提醒我,任何模型都是对现实的简化,理解这些假设的局限性,对于正确解读模型结果至关重要。我希望这本书能帮助我提升对生态系统过程的定量理解能力,学会如何利用模型来检验生态学假说,预测未来变化,以及评估不同管理干预措施的潜在效果。这本书的价值在于,它不仅教授了“是什么”,更重要的是教会了“怎么做”,为我未来的研究工作提供了宝贵的指导和启示,让我对生态学研究的方法论有了更深刻的认识。

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作为一名对生态学研究方法论有着浓厚兴趣的本科生,《Models in Ecosystem Science》这本书为我打开了一个全新的视角。在接触这本书之前,我对生态系统模型仅停留在比较模糊的概念认知,认为那是一群高深莫测的数学家和计算机科学家才能玩转的游戏。然而,通过阅读这本书,我颠覆了这种刻板印象。作者以一种极其友好的方式,循序渐进地介绍了生态系统建模的基本原理、常用方法以及在实际研究中的应用。我特别喜欢书中对不同模型类型,如基于过程的模型(process-based models)和数据驱动的模型(data-driven models)的区分和比较,这让我对它们的适用范围和优缺点有了更清晰的认识。书中也花了大量篇幅讲解模型的构建步骤,从数据收集、模型选择,到参数校准、模型验证,每一个环节都做了详尽的阐述,并辅以大量的图示和案例分析,使得我这个初学者也能轻松理解。最让我印象深刻的是,书中并未回避模型的不确定性问题,而是积极探讨了如何量化和管理模型的不确定性,这对于提高模型的可靠性和可信度至关重要。这本书不仅拓宽了我的学术视野,更重要的是,它为我将来从事生态学研究,特别是定量化研究,打下了坚实的基础,让我对如何利用模型来解决实际生态学问题有了更具体、更可行的想法。

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在翻阅《Models in Ecosystem Science》这本书的过程中,我仿佛置身于一个不断演变的生态系统模型实验室。作者以一种非常引人入胜的方式,将复杂的建模技术与生动的生态学概念相结合,让我能够深刻理解模型在生态学研究中的重要作用。我特别欣赏书中对空间异质性在生态系统模型中作用的探讨,它让我认识到,地理空间的分异是如何影响生态过程的,以及如何通过引入空间元素来构建更逼真、更具预测性的模型。书中对模型参数化和不确定性分析的深入讲解,也让我受益匪浅。它不仅让我理解了模型参数的重要性,更重要的是,让我认识到如何量化和管理模型中的不确定性,从而提高模型的可靠性。我希望这本书能够帮助我提升对生态系统模型的设计、构建和应用能力,并能够将其有效地应用于我的学术研究中,解决我在生态学领域遇到的实际问题。这本书的价值,在于它提供了一种全新的视角,让我能够以更系统、更科学的方式来理解和研究复杂的生态系统。

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《Models in Ecosystem Science》这本书给我的感觉是,它像一位循循善诱的导师,耐心地引导我一步步走进生态系统建模的神秘世界。我不是一个拥有深厚数理背景的学者,但通过这本书,我逐渐领略到了模型在生态学研究中的强大魅力。作者的笔触非常细腻,对于复杂的概念,总是能找到恰当的比喻和类比,让我这个“门外汉”也能窥探其中的奥妙。我尤其欣赏书中对建模的哲学思考,它不仅仅是关于技术层面的操作,更重要的是关于如何通过模型来理解自然,认识我们认知的边界。书中关于模型验证的部分,让我深刻认识到,一个模型再精妙,如果不能得到实际数据的支持,那么它的价值将大打折扣。我从中学到了如何设计合理的实验和观测方案来验证模型的预测能力,以及如何根据验证结果来优化模型。此外,书中对不同尺度下生态系统模型的研究也给我留下了深刻印象,从微观的种群动态,到宏观的生物地球化学循环,模型都能发挥其独特的作用。这本书的出现,让我对生态学研究的科学性、严谨性和前瞻性有了更深的体会,它不仅仅是一本关于模型的书,更是关于如何以一种更系统、更量化的方式来思考和解决生态学问题的指南。

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当我第一次拿到《Models in Ecosystem Science》这本书时,我脑海中浮现的是一幅关于生态系统如何被模拟和预测的宏大图景。而阅读这本书,则让我一步步地构建起这幅图景的细节。作者并没有拘泥于枯燥的理论,而是通过大量的实例,将模型的力量展现在我面前。我尤其被书中关于生物地球化学循环模型的部分所吸引,它展示了如何利用模型来模拟氮、碳等关键元素的转化过程,以及这些过程如何受到人类活动的影响。这种将抽象概念与实际问题相结合的叙事方式,极大地激发了我对生态系统建模的兴趣。同时,书中对模型不确定性来源的深入剖析,也让我警醒,任何模型都存在其局限性,而理解这些局限性,正是提升模型应用价值的关键。我希望这本书能够帮助我培养一种将生态学理论与数学工具相结合的能力,学会如何利用模型来量化生态过程,预测生态系统的未来变化,并为可持续发展提供科学支持。这本书的价值,在于它不仅仅教授了方法,更重要的是,它传递了一种严谨的科学精神和解决问题的智慧。

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在生态学领域,模型的应用已经渗透到几乎每一个分支,而《Models in Ecosystem Science》这本书,正是为我提供了一个系统梳理和深入理解这些模型的绝佳平台。这本书并非简单地罗列各种模型,而是深入探讨了模型背后的逻辑、构建的原则以及实际应用中的挑战。我被书中对不同模型类别的分类和阐述所吸引,从统计模型到基于过程的模型,再到集成模型,作者都进行了清晰的界定和深入的分析。我尤其重视书中对模型参数化和校准的讨论,这部分内容往往是模型应用中最具挑战性的环节,而作者却能以一种非常接地气的方式,解释清楚其中的复杂性。此外,书中对模型不确定性及其对生态系统预测和管理的影响的探讨,也让我受益匪浅。它提醒我们,模型并非完美的预言器,而是提供了一种基于当前认知和数据的最优推断。我希望这本书能帮助我更好地理解不同模型的优势和局限性,从而在我的研究工作中,能够选择最适合的模型来解决具体的问题。这本书的价值在于,它不仅传授了知识,更重要的是培养了我一种批判性思维,让我能够以更审慎的态度去对待和使用生态系统模型。

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