气候物理化学课程:作业一 Daisy World
Daisy World介绍
1970年代初期,英国科学家James Lovelock提出了盖娅假说(Gaia Hypothesis)。Lovelock认为地球气候系统是一个高度耦合的系统,生物圈和非生物圈之间有很强的动态反馈过程。在有限范围的外强迫条件下,地球系统可以通过交互作用,产生适宜生命生存的动态气候平衡。
为示范他的假说,1983年Lovelock与Andrew Watson合作发展了一个简单的概念模型“Daisy World”。Daisy World显示了生物物种可能通过负反馈过程改变地球系统物理性质,使气候达到稳定、适宜生命生存的状态。这虽然是一个很简单的概念模型,但是却有很多复杂或甚至违背直觉的表现,成为研究复杂系统动力的经典问题。了解Daisy World模型,可帮助我们更深入认识气候系统相互作用。
基本Daisy World模型
Watson and Lovelock (1983) Daisyworld 基本模式
基本实验
根据基本Daisy World模型,自行设计实验回答下列问题。每一组实验应该说明实验设计、所使用参数、实验结果,并适当作图及阐述物理意义。
不同死亡率 不同覆盖率(海洋面积)
作业要求
- 11月28日下午5点之前交。
- 同学应自行编写基本Daisyworld模型,有助于更深入了解系统反馈过程。程序语言不限,可使用Fortran, C, C++, Python, Mathematica, Matlab, IDL等。交作业时应将程序打印附录于后。网上有许多Daisyworld程序,同学可以参考,但不可抄袭。
学期报告延伸建议
除了编写基本的Daisyworld模型及完成基本实验以外,同学们可以探索以下任一种或多种延伸变化,作为学期报告主题,也可以自己尝试设计其他物理过程。实验应强调阐述物理意义。
- 基本Daisy World虽有黑白daisy的覆盖面积,但实际是零维模式。可考虑daisies可以在不同纬度分布,且不同纬度因太阳入射角不同,daisy反照率对行星整体反照率的影响不同。
- 考虑daisies种类更多(生物多样性更高),对系统稳定度的影响
- Daisy-Rabbit-Fox World:真实生态圈