基于免疫机理的流域生态系统健康诊断预警研究

论文摘要

针对流域传统管理方式解决问题零碎和滞后的缺陷,提出流域生态系统管理观,引入“流域生态系统健康”的研究。健康的生态系统是人类赖以生存和发展的必要条件,维护与保持生态系统健康,是关系到人类前途和命运的重大课题。本文在系统科学和生态经济理论的指导下,运用多学科交叉的集成分析方法,研究流域生态系统健康的诊断预警问题。 把流域生态系统看作一个生命体研究其健康状况,以生态系统受胁迫为切入点,建立了基于压力—状态—响应模型的“生态系统健康”理论框架。作为生命体,流域生态系统需要一个能够维持其生命健康和稳定运行的机制。考虑到人体免疫系统具有自动检测并及时消除病毒、保障身体处于稳定正常状态的功能,因此恰好地借鉴了人体免疫系统的运行机制来设计“流域健康的免疫诊断预警系统”,包括:诊断识别子系统、预警信号子系统、协调控制子系统和记忆库,具备了警报、纠错和免疫功能。设计了流域生态系统健康诊断预警指标体系,开发了以改进的具有检测异常变化功能的否定选择算法为基本算法的“免疫预警方法”。最后结合黑河流域进行了实证研究,运用上述理论和方法,对黑河流域生态健康的现状和未来进行诊断预警,并提出相应的生态健康管理体系。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.1.1 流域面临严重的生态环境问题
• 1.1.2 流域发展战略由重开发向重管理转变
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.2.1 流域生态系统管理观
• 1.2.2 流域生态系统健康预警管理
• 1.3 国内外研究进展及主要理论基础
• 1.3.1 流域生态与管理科学研究进展
• 1.3.2 生态系统健康研究进展
• 1.3.3 预警理论及方法研究进展
• 1.3.4 需要进一步研究的方向
• 1.4 研究内容及研究框架
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法和技术路线
• 第二章 流域生态系统健康基础理论研究
• 2.1 流域复合生态系统的系统分析
• 2.1.1 流域复合生态系统的概念
• 2.1.2 流域复合生态系统的要素、结构及功能
• 2.1.3 流域复合演化机制
• 2.1.4 流域生态演化机制
• 2.1.5 流域复合生态系统运行的熵理分析
• 2.2 流域生态系统管理的新理念
• 2.2.1 生态系统管理的内涵
• 2.2.2 流域生态系统管理的原则和框架
• 2.2.3 流域管理中引入“生态系统健康”的意义
• 2.3 流域生态系统健康的概念与内涵诊释
• 2.3.1 词源和内涵的演变
• 2.3.2 有关“生态系统健康”的争议
• 2.3.3 基于PSR框架的“生态系统健康”概念
• 2.3.4 流域生态系统健康PSR框架机理分析
• 2.3.5 流域生态系统健康的时空尺度原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于免疫机理的流域健康诊断预警系统设计
• 3.1 生态系统健康诊断预警基本理论
• 3.1.1 生态系统健康诊断预警概念与内涵
• 3.1.2 生态健康预警与环境监测、环境评价
• 3.2 流域健康诊断预警的焦点内容
• 3.3 人工免疫诊断预警系统的设计思路
• 3.3.1 流域健康诊断预警系统的功能
• 3.3.2 生物免疫系统的结构和功能
• 3.3.3 人工免疫诊断预警系统的设计特点
• 3.4 人工免疫诊断预警系统设计
• 3.4.1 基于免疫原理的诊断预警机制设计
• 3.4.2 人工免疫诊断预警系统总框架设计
• 3.4.3 人工免疫诊断预警系统结构分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 流域健康的人工免疫诊断预警模型构建
• 4.1 数学模型在诊断预警中的一般应用
• 4.2 输入─流域生态系统健康诊断预警指标体系
• 4.2.1 流域健康诊断预警指标体系建立原理
• 4.2.2 指标体系构建的理论依据和原则
• 4.2.3 基于PSR框架的流域健康诊断预警指标体系与权重确定
• 4.2.4 流域健康诊断预警标准与数据预处理
• 4.3 计算─基于否定选择算法的人工免疫预警模型
• 4.3.1 否定选择算法的原理及应用
• 4.3.2 改进的否定选择算法
• 4.3.3 基于改进否定选择算法的诊断预警模型
• 4.3.4 免疫预警算法的实现
• 4.4 输出─健康指数与预警信号图
• 4.5 本章小结
• 第五章 黑河流域健康诊断预警实证分析
• 5.1 黑河流域生态系统健康状况初步诊断
• 5.1.1 自然地理概况
• 5.1.2 生态环境问题
• 5.1.3 社会经济问题
• 5.2 黑河流域生态系统健康诊断预警研究
• 5.2.1 研究尺度的选取
• 5.2.2 指标体系的建立及指标权重的确定
• 5.2.3 数据采集与数据标准化处理
• 5.2.4 生态系统健康免疫诊断预警
• 5.3 黑河流域生态系统健康诊断预警结果分析
• 5.3.1 目标层分析──总体分析
• 5.3.2 准则层分析──子系统分析
• 5.4 黑河流域健康管理对策与综合体系构建
• 5.4.1 黑河流域健康管理的指导思想与原则
• 5.4.2 黑河流域健康管理具体对策研究
• 5.4.3 黑河流域健康管理综合体系构建
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要成果与结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 发表论文及科研情况
• 致谢