数学 > 动力系统
[提交于 2025年8月3日
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标题: 水分渗透-土壤湿度反馈的动态耦合:水-植被模型中的涌现植被模式
标题: Dynamic Coupling of Infiltration-Soil Moisture Feedback:Emergent Vegetation Patterns in a Water-Vegetation Model
摘要: 我们提出了一种改进的水-植被模型,以研究渗透-土壤湿度反馈与干旱/半干旱生态系统中植被模式之间的机制关系。 利用图灵模式形成理论,我们推导了扩散诱导不稳定的条件,并分析了图灵-霍普夫分岔点附近的时空动力学。 我们的主要发现包括:(i) 该系统表现出丰富的动态特性,包括多个稳定平衡点、超临界/亚临界霍普夫分岔、极限环的气泡环和同宿分岔。 (ii) 该系统存在图灵-霍普夫分岔。 使用规范型理论,我们在临界阈值附近建立了准周期解和混合模式振荡的存在性,为预测非线性生态制度转变提供了数学框架。 (iii) 土壤湿度反馈控制三种不同生态系统状态之间的关键转变:均匀植被覆盖状态、自组织空间模式(迷宫状/有间隙的植被)和裸土状态,这表明土壤湿度阈值控制该系统最终状态的选择。
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