本發(fā)明屬于水生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警領(lǐng)域，特別涉及一種湖泊生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法。

背景技術(shù)：

大型淺水湖泊作為一種復(fù)雜的、獨(dú)特的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，水體受上邊界(水-氣界面)和下邊界(水-土界面)影響極大，泥水界面相互作用強(qiáng)烈，沉積較為緩慢，物質(zhì)遷移受風(fēng)浪影響較大，內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)鹽爆發(fā)釋放風(fēng)險(xiǎn)高，水環(huán)境承載力較低，水生生態(tài)系統(tǒng)更脆弱，對(duì)污染響應(yīng)比較敏感，是極易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的水體之一。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化后會(huì)導(dǎo)致一系列的生態(tài)系統(tǒng)異常響應(yīng)，包括微生物生物量與生產(chǎn)力增加、附著生物逐步增加，藍(lán)藻水華頻發(fā)、湖泊水質(zhì)惡化等，當(dāng)外界驅(qū)動(dòng)條件超過(guò)某一閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和功能退化而產(chǎn)生劇烈響應(yīng)，發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變。若生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變，藻類生物量劇增，營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)速率加快，水生植物的急劇衰退，水體透明度下降，生物趨于小型化和更短生命周期的生物占優(yōu)勢(shì)，整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)生物多樣性下降、生態(tài)系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定的現(xiàn)象。湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的發(fā)生往往讓人始料未及，產(chǎn)生嚴(yán)重后果，并且難以恢復(fù)，人們無(wú)法確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)是否在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，更難以預(yù)料生態(tài)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，若能在生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變前，通過(guò)提取生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變的早期信號(hào)來(lái)預(yù)警生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)是否不斷接近災(zāi)變閾值，并采取相應(yīng)的措施阻止對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生不利影響的災(zāi)變發(fā)生，將具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

生態(tài)系統(tǒng)重大突變的早期信號(hào)提取存在很大的困難，這主要是由于生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生突變前，系統(tǒng)狀態(tài)可能只呈現(xiàn)微小的變化，很難察覺(jué)和監(jiān)測(cè)。現(xiàn)有湖泊生態(tài)系統(tǒng)重大突變預(yù)警研究主要基于臨界放緩理論，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間，計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)變量的自相關(guān)系數(shù)、方差、偏度，分析功率譜，觀察頻繁波動(dòng)等突變檢測(cè)方法在時(shí)間維度上進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的早期預(yù)警。然而，基于臨界放緩理論的系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間的測(cè)量多是通過(guò)擾動(dòng)模擬試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合相關(guān)模擬模型表征生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的壓力-響應(yīng)關(guān)系，由此得到的結(jié)論難以在實(shí)際生態(tài)系統(tǒng)中得到驗(yàn)證，這是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)的干擾因子遠(yuǎn)較模擬實(shí)驗(yàn)復(fù)雜。另一方面，在自相關(guān)系數(shù)、方差、偏度的計(jì)算和功率譜分析過(guò)程中，數(shù)據(jù)獲取困難和數(shù)據(jù)處理過(guò)程帶入的誤差和主觀性、外界干擾形態(tài)的不確定性等，都會(huì)成為造成生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法局限性原因，使得預(yù)警信號(hào)經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)和漏報(bào)。長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)能夠顯示生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程，有較強(qiáng)的連續(xù)性，能夠更詳細(xì)地反映生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界壓力的響應(yīng)狀態(tài)。因此，獲取長(zhǎng)期高分辨率的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將模型模擬、控制實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)案例分析結(jié)合起來(lái)，從多個(gè)角度來(lái)提取生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的預(yù)警信號(hào)，可以對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)變進(jìn)行更有效地預(yù)警。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用長(zhǎng)時(shí)間序列湖泊實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基于能質(zhì)理論，建立湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，獲得針對(duì)特定湖泊的生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警閾值，解決實(shí)驗(yàn)室擾動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)難以適用于實(shí)際湖泊環(huán)境的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)“一湖一策”的針對(duì)性管理提供依據(jù)

本發(fā)明的目的是基于長(zhǎng)時(shí)間序列湖泊實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提供一種進(jìn)行亞熱帶大型淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)在災(zāi)變預(yù)警的方法，該方法可用于湖泊流域戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)中支持累積性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，也可以用于環(huán)境保護(hù)部門環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理工作的決策支持。

本發(fā)明的技術(shù)方案，一種湖泊生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法，包括以下步驟：

(1)步驟一、計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)：利用生態(tài)系統(tǒng)各類有機(jī)體或有機(jī)質(zhì)的干重含量、信息含量計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能質(zhì)；

(2)步驟二、以總磷和總氮作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的預(yù)警指標(biāo)，連續(xù)t檢驗(yàn)得到的湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變點(diǎn)為災(zāi)變臨界值；

(3)步驟三、利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間序列總磷、總氮和能質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元非線性曲面擬合，構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，得到湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變總磷濃度和總氮濃度的預(yù)警閾值；

通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變結(jié)果獲取湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)出現(xiàn)突變即災(zāi)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由此選取生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變臨界點(diǎn)，計(jì)算得到相應(yīng)的總氮、總磷濃度即為湖泊生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警閾值。

其中，能質(zhì)是指能量使生態(tài)系統(tǒng)從有組織的、遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)達(dá)到相對(duì)于它所處環(huán)境的熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)所能做到的最大有用功；它代表了該系統(tǒng)目前狀態(tài)與熱力學(xué)平衡狀態(tài)之間的距離，表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)所含的生物量及其所攜帶的信息量，是預(yù)示系統(tǒng)演化發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述各類有機(jī)體或有機(jī)質(zhì)包括：浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物。

進(jìn)一步地，采用公式a計(jì)算所述步驟一中生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)：

其中，W_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物信息含量，即權(quán)重轉(zhuǎn)換因子，J/mg；

C_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物的干重含量，mg/L；

n為生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)體種類總數(shù)；

W_i值是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中某一種生物有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因的個(gè)數(shù)來(lái)確定的，不同物種有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因數(shù)不同，甚至相差很大。

對(duì)于一般的生態(tài)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的響應(yīng)有使能質(zhì)變大的趨勢(shì)，其值越大，表明湖泊對(duì)外做功的能力越強(qiáng)，湖泊越健康。

進(jìn)一步地，采用公式b計(jì)算所述步驟二中生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能質(zhì)：

其中，C_t為生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)體總的干重含量。

結(jié)構(gòu)能質(zhì)可表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)利用環(huán)境資源的能力，反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。一般而言，其值越大，湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。

更進(jìn)一步地，在所述Ex和Ex_st計(jì)算中，所述浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物的權(quán)重依次為3.4、36.6、32.5和58.2。

進(jìn)一步地，所述步驟二中突變檢測(cè)的參數(shù)：Target p＝0.2,cutoff length＝6,Huber parameter＝1。

進(jìn)一步地，所述步驟三中使用湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型分析生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)變化過(guò)程，當(dāng)總磷、總氮小于預(yù)警閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)隨營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加而增加，即越多的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入，生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)越好；當(dāng)總磷、總氮等于預(yù)警閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)為最大值，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警狀態(tài)；當(dāng)超過(guò)災(zāi)變預(yù)警閾值后，隨著營(yíng)養(yǎng)鹽的增加，水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)出現(xiàn)遞減狀態(tài)，更為頻繁和更高強(qiáng)度的藍(lán)藻水華，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)遭到破壞，大型沉水植被退化，生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力喪失，從而引發(fā)淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)向藻型濁水穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變，繼而發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變。

進(jìn)一步地，所述湖泊生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法適用于亞熱帶淺水湖泊。

能質(zhì)：指能量使生態(tài)系統(tǒng)從有組織的、遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)達(dá)到相對(duì)于它所處環(huán)境的熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)所能做到的最大有用功；它代表了該系統(tǒng)目前狀態(tài)與熱力學(xué)平衡狀態(tài)之間的距離，表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)所含的生物量及其所攜帶的信息量，是預(yù)示系統(tǒng)演化發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)

結(jié)構(gòu)能質(zhì)：表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)利用環(huán)境資源的能力，反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。一般而言，其值越大，湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。

生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變：湖泊富營(yíng)養(yǎng)化后會(huì)導(dǎo)致一系列的生態(tài)系統(tǒng)異常響應(yīng)，包括微生物生物量與生產(chǎn)力增加、附著生物逐步增加，藍(lán)藻水華頻發(fā)、湖泊水質(zhì)惡化等，當(dāng)外界驅(qū)動(dòng)條件超過(guò)某一閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)由于其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和功能退化而產(chǎn)生劇烈響應(yīng)，發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變。若生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變，藻類生物量劇增，營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)速率加快，水生植物的急劇衰退，水體透明度下降，生物趨于小型化和更短生命周期的生物占優(yōu)勢(shì)，整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)生物多樣性下降、生態(tài)系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

本發(fā)明將能質(zhì)理論用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警，該方法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是長(zhǎng)時(shí)間序列的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其結(jié)果更能適用于實(shí)際湖泊環(huán)境。本方法可以解決傳統(tǒng)基于臨界放緩理論的擾動(dòng)模擬試驗(yàn)方法難以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)干擾因子的問(wèn)題，是一種更準(zhǔn)確、更實(shí)用的湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警方法。

附圖說(shuō)明

圖1. 1960-2012年太湖湖泊水質(zhì)、水生態(tài)時(shí)間序列及突變點(diǎn)；

圖2. 1960-2012年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種湖泊生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法，包括以下步驟：

(1)步驟一、計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)：利用生態(tài)系統(tǒng)各類有機(jī)體或有機(jī)質(zhì)的干重含量、信息含量計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能質(zhì)，其中，各類有機(jī)體或有機(jī)質(zhì)包括：浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物；

(2)步驟二、以總磷和總氮作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的預(yù)警指標(biāo)，連續(xù)Student’s t檢驗(yàn)得到的湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變點(diǎn)為災(zāi)變臨界值；

(3)步驟三、利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間序列總磷、總氮和能質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元非線性曲面擬合，構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，得到湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變總磷濃度和總氮濃度的預(yù)警閾值；

通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變結(jié)果獲取湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)出現(xiàn)突變即災(zāi)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由此選取生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變臨界點(diǎn)，計(jì)算得到相應(yīng)的總氮、總磷濃度即為湖泊生態(tài)系統(tǒng)預(yù)警閾值。

其中，能質(zhì)是指能量使生態(tài)系統(tǒng)從有組織的、遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)達(dá)到相對(duì)于它所處環(huán)境的熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)所能做到的最大有用功；它代表了該系統(tǒng)目前狀態(tài)與熱力學(xué)平衡狀態(tài)之間的距離，表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)所含的生物量及其所攜帶的信息量，是預(yù)示系統(tǒng)演化發(fā)展的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。

采用公式(a)計(jì)算所述步驟一中生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)：

其中，W_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物信息含量，即權(quán)重轉(zhuǎn)換因子，J/mg；

C_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物的干重含量，mg/L；

n為生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)體種類總數(shù)；

W_i值是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中某一種生物有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因的個(gè)數(shù)來(lái)確定的，不同物種有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因數(shù)不同，甚至相差很大。

采用公式(b)計(jì)算所述步驟二中生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能質(zhì)：

其中，C_t為生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)體總的干重含量。

在所述Ex和Ex_st計(jì)算中，浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物的權(quán)重依次為3.4、36.6、32.5和58.2。

其中，所述步驟二中突變檢測(cè)的參數(shù)設(shè)置：Target p＝0.2，cutoff length＝6，Huber parameter＝1。

其中，所述步驟三中使用湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型分析生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)變化過(guò)程，當(dāng)總磷、總氮小于預(yù)警閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)隨營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加而增加，即越多的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入，生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)越好；當(dāng)總磷、總氮等于預(yù)警閾值時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)為最大值，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警狀態(tài)；當(dāng)超過(guò)災(zāi)變預(yù)警閾值后，隨著營(yíng)養(yǎng)鹽的增加，水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)出現(xiàn)遞減狀態(tài)，更為頻繁和更高強(qiáng)度的藍(lán)藻水華，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)遭到破壞，大型沉水植被退化，生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力喪失，從而引發(fā)淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)向藻型濁水穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變，繼而發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變。

實(shí)施例2

以太湖生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境為例，太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律與突變發(fā)生的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的早期預(yù)警方法，包括以下步驟：

(1)步驟一、計(jì)算太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)：利用生態(tài)系統(tǒng)各類有機(jī)體或有機(jī)質(zhì)的干重含量、信息含量計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)；

在太湖生態(tài)系統(tǒng)Ex計(jì)算中將太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)劃分為浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物，并分別賦予權(quán)重為3.4、36.6、32.5和58.2。

采用公式a計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)：

其中，W_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物信息含量，即權(quán)重轉(zhuǎn)換因子，J/mg；

C_i為生態(tài)系統(tǒng)第i種有機(jī)體或有機(jī)物的干重含量，mg/L；

n為生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)體種類總數(shù)；

W_i值是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中某一種生物有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因的個(gè)數(shù)來(lái)確定的，不同物種有機(jī)體所含的無(wú)重復(fù)基因數(shù)不同。

(2)步驟二、以總磷和總氮作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的預(yù)警指標(biāo)，連續(xù)Student’s t檢驗(yàn)得到的湖泊生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變點(diǎn)為災(zāi)變臨界值；

采用連續(xù)t檢驗(yàn)對(duì)太湖生態(tài)系統(tǒng)1960-2012年間各水質(zhì)參數(shù)、水生態(tài)參數(shù)及生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)、系統(tǒng)彈性系數(shù)時(shí)間序列進(jìn)行突變檢測(cè)。

同樣，在太湖生態(tài)系統(tǒng)Ex_st計(jì)算中將太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)劃分為浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物，并分別賦予權(quán)重為3.4、36.6、32.5和58.2。

采用公式b計(jì)算所述步驟二中生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能質(zhì)：

其中，C_t為生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)體總的干重含量；

突變檢測(cè)中設(shè)置Target p＝0.2,cutoff length＝6,Huber parameter＝1，檢驗(yàn)得到太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)時(shí)間序列突變點(diǎn)見(jiàn)圖1。

(3)步驟三、利用湖泊生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間序列總磷、總氮和能質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元非線性曲面擬合，構(gòu)建湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，得到湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變總磷濃度和總氮濃度的預(yù)警閾值；

從湖泊氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽供給和水生生物的毒害作用角度出發(fā)，以總磷和總氮同時(shí)作為大型淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變的預(yù)警指標(biāo)。綜合分析搜集到的50余年太湖生態(tài)系統(tǒng)總氮、總磷與能質(zhì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)總磷、總氮和Ex進(jìn)行多元非線性曲面擬合(r2＝0.61，p<0.01)，構(gòu)建太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，以尋求太湖水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)變的總磷和總氮預(yù)警閾值，見(jiàn)圖2。

由所建太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型(圖2)可以看出，當(dāng)總磷濃度小于0.09mg/L，總氮小于1.75mg/L時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)隨營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加而增加，即越多的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入，生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)越好；而當(dāng)總磷濃度等于0.106mg/L且總氮濃度等于2.85mg/L時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)為最大值，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警狀態(tài)，當(dāng)超過(guò)災(zāi)變預(yù)警值后，隨著營(yíng)養(yǎng)鹽的增加，水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)出現(xiàn)遞減狀態(tài)，可能的原因是更為頻繁和更高強(qiáng)度的藍(lán)藻水華，導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)遭到破壞，大型沉水植被退化，生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力喪失，從而引發(fā)淺水湖泊草型清水穩(wěn)態(tài)向藻型濁水穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變，繼而發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變。生態(tài)系統(tǒng)突變檢測(cè)結(jié)果(圖1)顯示，太湖生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)于2009年出現(xiàn)突降(即災(zāi)變)，因此選取2008年能質(zhì)值(3.50E+05J/L)作為生態(tài)系統(tǒng)能質(zhì)突變臨界點(diǎn)，計(jì)算得到相應(yīng)的總氮、總磷濃度(總氮大于2.85mg/L，總磷大于0.106mg/L)即為太湖生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變閾值。

本發(fā)明將能質(zhì)計(jì)算技術(shù)用于長(zhǎng)時(shí)間序列的湖泊實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并建立湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型。將多元非線性曲面擬合技術(shù)用于模擬總氮、總磷和能質(zhì)的關(guān)系，構(gòu)建了湖泊生態(tài)系統(tǒng)災(zāi)變預(yù)警模型，并結(jié)合湖泊生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化獲取預(yù)警閾值，其結(jié)果更能適用于實(shí)際湖泊環(huán)境。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的湖泊生態(tài)系統(tǒng)突變?cè)缙陬A(yù)警方法，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。