环境模型中敏感性分析方法评述

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1、环境模型中敏感性分析方法评述陈卫平涂宏志彭驰侯鹰中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室中国科学院大学摘要：模型本身及其参数的不确定性使其模拟结果的可靠性备受争议，科学地认识模型的不确定性并对其进行定量的评价一直是环境模型研究的前沿，也是环境模型构建和应用过程中不可缺少的环节.通过敏感性分析，研究模型输入参数的变化对模型输出结果的影响程度，有助于了解并简化模型结构、提高参数率定效率、增进模型精度并增加模型应用的可靠性•本研究总结了敏感性分析在环境模型屮的作用，并对常见的敏感性分析方法的原理、应用范围和优缺点进行了综述.最后，阐述了敏感性分析在环境模型模拟决策中应用的

2、现状和未来研究方向.关键词：环境模型;不确定性;敏感性分析;局部敏感性;全局敏感性;作者简介：陈卫平(1976〜),男，博士，研究员，主要研究方向为城市生态风险评价理论与方法、环境模型开发与应用，E-mail:wpchcn@rcccs.ac.cn收稿日期：2017-04-12基金：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2014ZX07201-011-005,2015ZX07206-006-02)CommentonSensitivityAnalysisMethodsforEnvironmentaiModelsCHENWei-pingTUHong-zhiPENGChiHOUYingSt

3、ateKevLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentaiSciences,ChineseAcademyofSciences;Abstract：Environmentalmodelshavebeenregardedasakeymethodtostudythecomplexconditionsofenvironmentalsystems.Sensitivityanalysis(SA)isavitalstep,whichaimstoinvcstigatetheimpactofmodelinp

4、utsonmodeloutputs.Duringtheapplicationofenvironmentalmodels,SAplaysasignificantroleinsimplifyingthemodelstructureandimprovingtheprecisionandreliabilityofthesimulation.Consequently,identificationandanalysisofsensitivityparametersinenvironmentalmodelsisanimportantissue.Thispaperprovidesanintrod

5、uctiontothefunctionsofSAinenvironmentalmodels.MathematicaltheoriesandmethodsusedforSAaresummarized,andtheirapplications,advantages,andlimits.Onthisbasis,developmenttrendsfortheuseofSAforenvironmentalmodelsareproposed.Keyword：environmentalmodel;uncertainty;sensitivityanalysis;localsensitivity;

6、globalsensitivity;Received：2017-04-12模型是为了特定目的而根据研究对象特有的内在规律，做岀一些必要的简化假设，运用适当的数学工具得到的原型替代物旦1・模型有助于人们理解复杂系统，并对不同情景模拟下的管理决策进行评估図・环境模型是研究复杂环境系统的重要工具，在土地利用、气候变化情景分析、洪水预报、水质管理和环境健康风险评价、污染物在环境中的迁移转化与风险等方面均有应用鸟1・由于环境模型需要对环境系统进行概念化和抽象化，进而采用经验性的数学公式或物理方程描述各种环境系统的行为，往往存在“失真”现彖，经验参数的定义和获取充满不确定性[4,5]・随着对

7、环境系统认识的加深，环境模型愈趋复杂回•复杂模型虽然能更好的模拟真实系统过程，但其所需参数也越来越多，参数获取困难，导致参数不确定性增加，模型输出误差也随之增加•因此，研究模型输出对输入参数的敏感性极为必要.在环境模型的构建和应用屮引入敏感性分析能够确定敏感参数、帮助数据挖掘和情景设置、降低模型模拟的谋差水平，从而提供更好的辅助决策支持•因此敏感性分析成为了环境模型研究的前沿和热点，已经成为现代环境模型应用过程中必不可少的环节.一些学者就某一类型环境模型敏感性分析方法开展了综述研