渗透-土壤湿度反馈的动态耦合：水-植被模型中的植被图案涌现
动力系统
2025-08-05 v1
摘要
我们提出了修改后的水-植物模型，以探讨渗透-土壤湿度反馈与植被图案在荒漠/半荒漠生态系统中的关系。采用图灵图案形成理论，我们驱动扩散诱导的不稳定性条件，分析近图灵-霍普分岔点附近的时空动力学。我们的关键发现包括：（i）该系统表现出丰富的动力学，包括多个稳定平衡、超临界/亚临界霍普分岔、极限循环的气泡环和同伞分岔。（ii）该系统容许图灵-霍普分岔。使用正常形式理论，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，提供了预测非线性生态系统转变的数学框架。（iii）土壤湿度反馈决定了三个不同生态系统状态之间的关键转变：均匀植被覆盖、自组织的空间图案（ labyrinth/缺口植被）和裸土状态，这表明土壤湿度阈值控制该系统的最终状态选择。
引用
@article{arxiv.2508.01755,
title = {Dynamic Coupling of Infiltration-Soil Moisture Feedback:Emergent Vegetation Patterns in a Water-Vegetation Model},
author = {Juan Yan and Xiaoli Wang and Guohong Zhang and Yuan Yuan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.01755},
year = {2025}
}