旱地带状植被图案形成的快慢模型

从暴雨期间水渗入土壤到植物的季节性生长与死亡，被认为与旱地带状植被图案形成相关的生态水文过程发生在多个时间尺度上。我们提出一个新的快慢切换模型，以便在基于反应-平流-扩散方程的概念建模框架内，在适当的时间尺度上捕捉这些过程。快系统在主要暴雨期间及之后不久（分钟到小时时间尺度）捕捉水文过程，并假设植被分布固定。这些过程包括植被生物量与下坡地表水输运之间，以及生物量与入渗率之间的关键反馈。慢系统在降雨事件之间起作用，时间尺度为天到月，并演化植被与土壤湿度。在适当时间尺度上建模过程，使得参数值可由其所捕捉的实际过程设定。这减少了专为拟合图案特征或通过将快过程人为减慢数个数量级以使其时间尺度与生物量动态对齐而选择的参数数量。我们通过一维山坡上的数值模拟来探究该快慢切换模型，发现其与关于图案形成现象的某些观测一致，包括条带间距与上坡定殖速率。我们还发现预测的土壤湿度动态与在带状植被站点收集的时间序列数据一致。该快慢模型框架引入了一种用于研究旱地生态系统中降雨事件频率与强度变化可能影响的工具。