空间矩动力学与生物量密度方程为基于个体模拟中的模式形成提供互补但有限的描述
种群与进化
2025-04-16 v3 适应与自组织系统
斑图形成与孤子
摘要
空间格局在生态系统中普遍存在，并已通过不同建模方法得到广泛研究。基于个体的模型（IBM）能够准确描述生物体层面的非线性相互作用以及驱动模式形成的随机空间动力学，但其计算成本随系统复杂度迅速增长，限制了实际应用。为解决这一限制，已发展出种群层面的近似方法，如描述生物体分布矩的空间矩动力学（SMD）以及粗粒化生物量密度模型。然而，这些近似描述在多大程度上能够准确捕捉基于个体模拟所产生的空间格局和种群规模，仍是一个开放问题。本文考虑了一个具有长距离扩散和种内竞争的典型种群动力学 IBM，推导了其 SMD 和粗粒化密度近似，并系统比较了这两种近似在预测 IBM 种群丰度和空间格局方面的表现。结果表明，SMD 和基于密度的近似通过在不同参数范围内正确捕捉这两个种群特征而相互补充。重要的是，我们识别出参数空间中两种近似均表现不佳的区域，这应鼓励发展更精细的 IBM 近似方法。
引用
@article{arxiv.2410.23125,
title = {Spatial moment dynamics and biomass density equations provide complementary, yet limited, descriptions of pattern formation in individual-based simulations},
author = {Anudeep Surendran and David Pinto-Ramos and Rafael Menezes and Ricardo Martinez-Garcia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.23125},
year = {2025}
}