Численное моделирование биогеохимических циклов углерода в болотных экосистемах

Abstract

Предложена динамическая модель биогеохимических циклов углерода в болотных экосистемах. Существуют быстрые и медленные биогеохимические циклы. Быстрые циклы действуют в биосфере и включают фотосинтез, вегетативный рост и разложение. Болотные экосистемы являются одним из значимых резервуаров биогеохимических циклов. Известно, что в болотах законсервированы огромные запасы углерода в виде слаборазложившегося органического вещества и они являются активным источникам метана и стоком углекислого газа из атмосферы. Математические модели динамических процессов в экологии можно разделить на две категории: количественные и качественные. Количественные модели, как правило, направлены на решение задач прогнозирования числовых показателей динамики реальных систем. Чтобы успешно применять количественные модели, они должны быть модифицированы с учетом специфических климатических условий, особых видов болотных растений, растительности и гидрологического режима. Качественные модели, записанные как системы дифференциальных уравнений, предполагают нахождение особых точек, их классификацию и исследование на устойчивость, построение фазовых портретов и т.п. Такие модели редко поддаются количественной проверке, но дают важные знания и понимание процессов в природе. Проведено качественное исследование системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих циклы углерода, исследованы типы особых точек, построены интегральные кривые и фазовые портреты.

Keywords

• круговорот углерода
• парниковый эффект
• биогеохимический цикл
• математическая модель
• особые точки
• фазовый портрет
• фокус
• предельный цикл