Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Chương: Nhập môn mô hình hóa môi trường

Phương pháp học tập

Nhập môn mô hình hóa môi trường

PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,

Đại học Bách khoa

Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh

. www.envim.net

. Password:ENVIM2016

. Th.s Nguyễn Phạm

Huyền Linh

. huyenlinh@hcmut.edu.vn

. 08.38647256-6314

Đánh giá điểm

Nội dung

Mô hình vật lý, mô hình toán.

Vai trò mô hình như một công cụ kết nối thế giới tự

nhiên và xã hội loài người.

Mô hình hóa môi trường

Sự phân loại theo không gian và thời gian.

4

1

Mô hình vật lý

5

Như vậy mô hình toán là gì ?

… Tiếp theo

Mô hình là những bức tranh

đơn giản về thực tế và là

công cụ để giải quyết nhiều

vấn đề

Flood

Ship

simulation

Clip

Sử dụng các mô hình vật lý

của con tàu để xác định mặt

nghiêng, giúp con tàu cân

bằng trong nước

Mô hình vật lý như vậy sẽ có hình dáng

và một số thông số chính giống con tàu

thật sự, nhưng nó không chứa tất cả các

chi tiết

7

8

2

Điểm chung mô hình toán và mô hình vật lý

Vì sao mô hình toán phát triển nhanh ?

9

10

Mô hình như một công cụ

… Tiếp theo

.Ngày nay hầu hết các ngành

khoa học đều sử dụng “mô

hình”, (“model”).

.Mô hình không chỉ xuất hiện

trong khoa học tự nhiên mà còn

xuất hiện trong khoa học xã hội.

11

12

3

Nico Stehr

Điểm được thống nhất cao về “model”

.Ứng dụng của mô hình rất rộng, chúng giúp cho quá trình thông qua

quyết định trong cuộc sống hàng ngày;

.Mô hình là một khái niệm cơ bản của khoa học và đóng vai trò đặc

biệt quan trọng trong khoa học môi trường nơi các phép thí nghiệm rất

khó tiến hành

.“Thật dê dàng ve một biểu đô hơn là mô ta chính xác những điều thực

tê đang diễn ra”

.“Trong nghiên cứu khoa học, thu thập thông tin về đối tượng nghiên

cứu là chưa đủ, cần thiết phải tổng quát hóa dữ liệu được thu thập

thành các công thức”.

13

14

Hai thuộc tính cần quan tâm

Stehr nhấn mạnh

 Mô hình là công cụ tốt

 Mô hình toán học còn tốt hơn.

 Mẫu số chung nhất cho các mô hình:chính là chức năng

quan trọng nhất của chúng – là sự giảm thiểu đô phức tạp

của phạm vi yêu cầu.



Pierre Duhem, nhà vật lý người Pháp: “mô hình trong khoa

học chỉ là một công cụ đê giải thích vê ly thuyết và có thê được

loại bo một khi một ly thuyết khác được phát triển”.



Campell, nhà vật lý người Anh: “mô hình là một phần thiết yếu

(của ly thuyết), không có nó ly thuyết sẽ hoàn toàn không có

gia trị”.

15

16

4

Stehr

 Mô hình là công cụ giúp dự báo cũng như tính toán trước

những hậu quả có thế trong thực thi các dự án kinh tế và phát

triển xã hội.

 Dư báo bằng mô hình được xây dựng trên những tri thức vê

đặc trưng của các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, qui luật

phát triển xa hội va sư ảnh hưởng lẫn nhau trong mối quan hê

tương hô này.

Mô hình hóa môi trường

17

18

Vì sao cần mô hình môi trường ?

Tóm tắt

 Vì sao cần mô hình hóa môi trường.

 Định nghĩa thế nào là mô hình hóa môi trường.

 Nguyên lý mô hình hóa môi trường.

 Sự phân loại mô hình môi trường theo không gian và thời

gian.

19

20

5

…tiếp theo

Mô hình môi trường là gì ?

 Để giải quyết tốt nhiệm vụ trên, cần thiết phải phát triển lý

thuyết hệ thống và mô hình hóa, coi đây là công cụ chính

để nghiên cứu môi trường.

 Vào năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng

dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã công bố danh mục các

công trình nghiên cứu trong 25 năm (1955 – 1997) gồm

hơn 50.000 công trình liên quan tới lý thuyết hệ thống và

mô hình hóa môi trường.

 Các mô hình môi trường (Environmental Models) được sư dụng

đê tái tạo lại các quá trình môi trường xảy ra trong một khoảng

thời gian nào đó.

 Ngày nay loài người đa hiểu ro ràng rằng việc tiến hành những

thi nghiệm trực tiếp với sinh quyển của hành tinh là không thê.

Do vậy xây dựng mô hình là phương tiện quan trọng đê nhận

thông tin vê tình trạng có thê của sinh quyển chịu những tác

động lớn tư phía con người lên nó.

. Cục bảo vệ môi trường Mỹ

21

22

Nguyên lý của mô hình hóa

Mô hình toán quá trình môi trường

 Mô hình toán học của một đối tượng bất ky là sư mô ta nó

bằng các công cụ, phương pháp toán học.

 Khả năng của mô hình toán là ở chô: bằng cách giải

phương trình va các bất phương trình, bằng thuật toán

người nghiên cứu có thê dư báo sư thay đổi hành vi của

đối tượng nghiên cứu, xem các đối tượng này thay đổi như

thê nào khi các điều kiện này hay điều kiện khác (được mô

ta bởi các tham sô của mô hình) thay đổi.

23

24

6

Kha năng của mô hình toán

Các quá trình lý hóa sinh

 Bằng các công cụ mang tính hình thức đê giải phương trình va

các bất phương trình hay bằng thuật toán người nghiên cứu có

thê dư báo sư thay đổi hành vi của đối tượng nghiên cứu.

Biểu thức toán học các quá trình liên

quan tới mô phỏng môi trường

 Xem các đối tượng này thay đổi như thê nào khi các điều kiện

này hay điều kiện khác (được mô ta bởi các tham sô của mô

hình) thay đổi.

 Quá trình này gọi là mô phỏng toán học.

Các quá trình

Các quá trình vật

Các quá trình sinh

học: quang hợp, sự

tăng trưởng, sự lắng

trầm tích, sự phân rã,

...

hóa học: ô xy

hóa, ion hóa, bốc

hơi...

lý: các quá trình

lan truyền, hấp thụ,

sự phụ thuộc nhiệt

độ, bay hõi.

25

26

Kurkovsky A.P và Pritsker A.A.B

Dữ liệu cho mô hình

Các hệ thống tự động gắn với các mô hình mô phỏng cho

phép nâng cao hiệu quả của nghiên cứu môi trường.

Vấn đề trung tâm trong nghiên cứu môi trường là khái niệm

chất lượng môi trường. Khái niệm này gắn liền với sự thiết lập

tải trọng môi trường cho phép lên môi trường.

Cần thiết phải nhận được các mô hình cho phép đánh giá

thiệt hại của các hệ sinh thái dựa trên các tiêu chuẩn được

thiết lập.

27

28

7

Tóm lại

Phạm vi không gian – thời gian

.

Mức độ toàn cầu tiến hành khảo sát với kích thước toàn cầu có lưu ý đến các

tác động tổng hợp các yếu tố mà người khảo sát quan tâm, diễn ra trong một

khoảng thời gian từ vài tháng tới vài chục năm (ví dụ các mô hình thay đổi khí

hậu,...).

 Mô hình hóa các quá trình và hiện tượng xảy ra trong xã

hội và thiên nhiên được thừa nhận như một công cụ

mạnh giúp hiểu biết sâu hơn bản chất của tự nhiên và

giúp loài người nhận được thông tin quí giá về thế giới

thực.

Mức độ vĩ mô - xem xét các đối tượng và các quá trình trong không gian có

kích thước vài ngàn km, kích thước thời gian - từ một vài tháng tới một năm

(mô hình lan truyền vượt tuyến chất bẩn giữa các quốc gia hay các hành tinh

với nhau, mô hình này đã được đưa vào áp dụng tại Châu Âu và Bắc Mỹ,…).

 Thông tin nhận được từ quá trình mô hình hóa tiếp tục

thúc đẩy sự phát triển các phương pháp mới giải quyết

các bài toán khoa học cũng như làm cơ sở thông qua các

quyết định quản lý cụ thể.

Mức độ trung bình (mức độ vùng) - xem xét các quá trình trong không gian có

kích thước từ vài trăm m tới vài trăm km và thời gian từ vài giờ tới một vài

tháng (các quá trình nhiễm bẩn khí quyển tại các thành phố công nghiệp, các tổ

hợp công nghiệp, các tình huống tai biến khi có sự phát tỏa lớn của các chất

bẩn vào không khí là thuộc mức độ này).

.

Mức độ vi mô (mức độ địa phương) - xem xét các quá trình trên một diện tích từ

vài m tới một vài trăm m và thời gian từ vài phút đến một vài chục phút (một bài

toán sinh thái tiêu biểu ở đây là tính cho một số ít các nguồn thải và xem xét chi

tiết phân bố không gian của nồng độ tại một địa phương nào đó).

29

30

8

Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Chương: Nhập môn mô hình hóa môi trường - Bùi Tá Long