Bài giảng mô hình hóa

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 họ

Nhập môn mô hình hóa môi trường

PGS.TSKH Bùi Tá Long , Đại học Bách khoa Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh

Phương pháp học tập

 Password:ENVIM2016

 Th.s Nguyễn Phạm Huyền Linh

 huyenlinh@hcmut.edu.vn

 08.38647256-6314

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

Mô hình vật lý

5

Mô hình vật lý

… Tiếp theo

Sử dụng các mô hình vật lý của con tàu để xác định mặt nghiêng, giúp con tàu cân bằng trong nước

Mô hình là những bức tranh đơn giản về thực tế và là công cụ để giải quyết nhiều vấn đề

Ship simulationShip simulation

Flood

Clip

Như vậy mô hình toán là gì ?

Điểm chung mô hình toán và mô hình vật lý

9

Vì sao mô hình toán phát triển nhanh ?

Môhìn

h toán

môi trư ờngđã phát tri

ểnrất nhanh chóng

10

Mô hình như một công cụ

 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

… Tiếp theo

12

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

13

Nico Stehr

 “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”.

14

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”.

Hai thuộc tính cần quan tâm

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

Tóm tắt

Vì sao cần mô hìnhhóamôi 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

Vì sao cần mô hình môi trường ?

20

…tiếp theo

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

21

Mô hình môi trường là gì ?

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

22

Mô hình toán họccủa 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

Các quá trình lý hóa sinh

Biểu thức toán học các quá trình liên

quan tới mô phỏng môi trường

Các quá trình vật lý: các quá trình

lan truyền, hấp thụ,

sự phụ thuộc nhiệt

độ, bay hõi.

Các quá trình

hóa học: ô xy

hóa, ion hóa, bốc

hơi

Các quá trình sinh học: quang hợp, sự

tăng trưởng, sự lắng trầm tích, sự phân rã,

25

Kha năng của mô hình toán

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

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 làmô phỏng toán học

26

Dữ liệu cho mô hình

27

Kurkovsky A.P và Pritsker A.A.B

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

28

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, ).

 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,…).

 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

Tóm lại

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

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

30