通過模型構(gòu)建模擬環(huán)境過程成為相關(guān)科學(xué)研究越來越重要的手段。環(huán)境過程的模擬方法眾多，目前構(gòu)建模型的方法主要有基于機理過程、統(tǒng)計模型和系統(tǒng)方法三種類型，這三種方法各有優(yōu)缺點和適用范圍，實際應(yīng)用中需要根據(jù)建模目標(biāo)、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)選取合適的方法。在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目、國家水污染治理重大專項等項目的資助下，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所高俊峰研究團隊以大型湖泊的藻類模擬為研究案例，開展了環(huán)境過程模型構(gòu)建及不同方法構(gòu)建模型模擬結(jié)果的比較研究。
研究以湖泊藻類預(yù)測為研究案例，采用機理過程模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（系統(tǒng)方法）、回歸（統(tǒng)計）模型三種方法模擬藻類的動態(tài)變化過程，比較了不同模擬方法的性能。研究結(jié)果表明：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強的非線性預(yù)測能力，模型構(gòu)建過程簡單、運行效率高、適用于復(fù)雜環(huán)境過程的預(yù)測，但模型構(gòu)建過程的樣本分配、模型結(jié)構(gòu)與訓(xùn)練方法選擇等方面均存在不確定因素，并且難以闡明環(huán)境過程的機理；機理過程模型有利于揭示藻類空間動態(tài)變化過程及其對環(huán)境因子的響應(yīng)機制，模型構(gòu)建過程復(fù)雜、數(shù)據(jù)輸入量大、模型運行效率較低，適用于分析環(huán)境過程的空間動態(tài)變化機理、控制性因素分析、情景構(gòu)建和方案比選；回歸模型構(gòu)建過程簡單，數(shù)據(jù)輸入要求較低，模型運行效率高，適用于對環(huán)境過程的初步分析。研究結(jié)果發(fā)表在新興交叉學(xué)科“環(huán)境信息”SCI期刊Journal of Environmental informatics上，審稿專家認為“不同模型方法學(xué)比較是環(huán)境過程研究中的重要任務(wù)，本文的發(fā)表將對模型的選擇及運用產(chǎn)生良好的貢獻”。
不同模擬方法的藻類模擬結(jié)果。（a-c）三種不同結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；（d）機理過程模型；（e）回歸模型
