Bài giảng mô hình hóa

Phương pháp học tập

Nhập mơn mơ hình hóa mơi trường
PGS.TSKH. Bùi Tá Long ,
Đại học Bách khoa
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh

Đánh giá điểm

 www.envim.net
 Password:ENVIM2016
 Th.s Nguyễn Phạm
Huyền Linh

 08.38647256-6314

Nội dung
Mơ hình vật lý, mơ hình tốn.
Vai trị mơ hình như một cơng cụ kết nối thế giới tự
nhiên và xã hội lồi người.
Mơ hình hóa môi trường
Sự phân loại theo không gian và thời gian.

4

1


Mơ hình vật lý

Mơ hình vật lý

5

Như vậy mơ hình tốn là gì ?

… Tiếp theo
Mơ hình là những bức tranh
đơn giản về thực tế và là
công cụ để giải quyết nhiều
vấn đề

Flood

Clip

Ship
simulation

Sử dụng các mơ hình vật lý
của con tàu để xác định mặt
nghiêng, giúp con tàu cân
bằng trong nước
Mơ hình vật lý như vậy sẽ có hình dáng
và một số thơng số chính giống con tàu
thật sự, nhưng nó khơng chứa tất cả các
chi tiết

7

8

2


Điểm chung mơ hình tốn và mơ hình vật lý

Vì sao mơ hình tốn phát triển nhanh ?

h
Mơ

t
ìn h

ố

9

Mơ hình như một cơng cụ

ơ
nm

ng
ườ
i tr

đã

n

triể
át
ph

r ất

a
nh

nh

ó
ch

ng

10

… Tiếp theo

Ngày nay hầu hết các ngành
khoa học đều sử dụng “mơ
hình”, (“model”).

Mơ hình khơng chỉ xuất hiện
trong khoa học tự nhiên mà cịn
xuất hiện trong khoa học xã hội.

11

12

3


Nico Stehr

Điểm được thống nhất cao về “model”

Ứng dụng của mơ hình rất rộng, chúng giúp cho q trình thơng qua
quyết định trong cuộc sống hàng ngày;
Mơ hình là một khái niệm cơ bản của khoa học và đóng vai trị đặc
biệt quan trọng trong khoa học mơi trường nơi các phép thí nghiệm rất
khó tiến hành

“Thật dê dàng ve một biểu đơ hơn là mơ 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 cơng thức”.

13

14

Hai thuộc tính cần quan tâm

Stehr nhấn mạnh
 Mơ hình là cơng cụ tốt
 Mơ hình tốn học còn tốt hơn.

 Mẫu số chung nhất cho các mơ 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: “mơ hình trong khoa
học chỉ là một cơng 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: “mơ hình là một phần thiết yếu
(của ly thuyết), khơng có nó ly thuyết sẽ hồn tồn khơng có
gia trị”.

15

16

4


Stehr
 Mơ hình là cơng cụ giúp dự báo cũng như tính tốn trước
những hậu quả có thế trong thực thi các dự án kinh tế và phát
triển xã hội.
 Dư báo bằng mơ 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 mơi trường

17

Vì sao cần mơ hình mơi trường ?

Tóm tắt






18

Vì sao cần mơ hình hóa mơi trường.
Định nghĩa thế nào là mơ hình hóa mơi trường.
Ngun lý mơ hình hóa mơi trường.
Sự phân loại mơ hình mơi trường theo không gian và thời
gian.

19

20

5


Mơ hình mơi trường là gì ?

…tiếp theo
 Để giải quyết tốt nhiệm vụ trên, cần thiết phải phát triển lý
thuyết hệ thống và mơ hình hóa, coi đây là cơng cụ chính
để nghiên cứu mơi trường.
 Vào năm 1997, Viện quốc tế về phân tích hệ thống ứng
dụng (IIASA, Laxenbourg, Áo) đã cơng bố danh mục các
cơng trình nghiên cứu trong 25 năm (1955 – 1997) gồm
hơn 50.000 công trình liên quan tới lý thuyết hệ thống và
mơ hình hóa mơi trường.

 Các mơ hình mơi trường (Environmental Models) được sư dụng
đê tái tạo lại các q trình mơi 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 khơng thê.
Do vậy xây dựng mơ hình là phương tiện quan trọng đê nhận
thơng tin vê tình trạng có thê của sinh quyển chịu những tác
động lớn tư phía con người lên nó.
 Cục bảo vệ mơi trường Mỹ

21

Ngun lý của mơ hình hóa

22

Mơ hình tốn q trình mơi trường
 Mơ hình tốn học của một đối tượng bất ky là sư mơ ta nó
bằng các cơng cụ, phương pháp tốn học.
 Khả năng của mơ hình tốn là ở chơ: bằng cách giải

phương trình va các bất phương trình, bằng thuật tốn
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 sơ của mơ hình) thay đổi.

23

24

6


Các q trình lý hóa sinh

Kha năng của mơ hình tốn
 Bằng các cơng cụ mang tính hình thức đê giải phương trình va
các bất phương trình hay bằng thuật tốn 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 sơ của mơ
hình) thay đổi.
 Q trình này gọi là mơ phỏng tốn học.

Biểu thức tốn học các q trình liên
quan tới mơ phỏng mơi trường

Các q trình
hóa học: ơ xy
hóa, ion hóa, bốc

hơi...

Các q trình sinh
học: quang hợp, sự
tăng trưởng, sự lắng
trầm tích, sự phân rã,
...

Các q trình vật
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 mơ hình

Các hệ thống tự động gắn với các mơ hình mơ 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 mơi trường.
Cần thiết phải nhận được các mơ 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 khơng gian – thời gian


Mức độ tồn cầu tiến hành khảo sát với kích thước tồn 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 mơ hình thay đổi khí
hậu,...).



Mức độ vĩ mô - xem xét các đối tượng và các quá trình trong khơng gian có
kích thước vài ngàn km, kích thước thời gian - từ một vài tháng tới một năm
(mơ hình lan truyền vượt tuyến chất bẩn giữa các quốc gia hay các hành tinh
với nhau, mơ hình này đã được đưa vào áp dụng tại Châu Âu và Bắc Mỹ,…).



Mức độ trung bình (mức độ vùng) - xem xét các q trình trong khơng 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 cơng nghiệp, các tổ

hợp cơng nghiệp, các tình huống tai biến khi có sự phát tỏa lớn của các chất
bẩn vào khơng 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
tốn 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

 Mơ hình hóa các q 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 thơng tin q giá về thế giới
thực.
 Thơng tin nhận được từ q trình mơ 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

8