1. Numerical Modeling of Biogeochemical Carbon Cycles in Swamp Ecosystems
- Author
-
E.A. Dyukarev and S.P. Semenov
- Subjects
парниковый эффект ,математическая модель ,предельный цикл ,greenhouse effect ,phase portrait ,биогеохимический цикл ,General Medicine ,biogeochemical cycle ,singular points ,фазовый портрет ,круговорот углерода ,focus ,limit cycle ,carbon cycle ,особые точки ,фокус ,mathematical model - Abstract
A dynamic model of biogeochemical carbon cycles in swamp ecosystems is proposed. There are fast and slow biogeochemical cycles. Fast cycles operate in the biosphere and include photosynthesis, vegetative growth, and decomposition. Swamp ecosystems are one of the significant reservoirs of biogeochemical cycles. It is known that huge reserves of carbon in the form of slightly decomposed organic matter are preserved in the swamps. They are active sources of methane and carbon dioxide runoff from the atmosphere. Mathematical models of dynamic processes in ecology can be divided into two categories: quantitative and qualitative. Quantitative models, as a rule, are aimed at solving problems of predicting numerical indicators of the dynamics of real systems. They must be modified to consider specific climatic conditions, special types of swamp vegetation, and hydrological regime for their successful application. Qualitative models written as systems of differential equations assume the finding of singular points, their classification and study for stability, the construction of phase portraits, etc. Such models rarely lend themselves to quantitative verification, but provide important knowledge and understanding of processes in nature. A qualitative study of the system of ordinary differential equations describing carbon cycles is carried out, the types of singular points are investigated, integral curves and phase portraits are constructed., 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.
- Published
- 2022
- Full Text
- View/download PDF