2022数学建模美赛E思路

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背景
正如我们所知，气候变化对生命构成了巨大的威胁。为了减轻气候变化的影响，我们需要采取严厉的行动，以减少大气中的温室气体的数量。仅仅是减少温室气体的排放是不够的。我们需要努力增加通过生物圈或机械手段隔离在大气中的二氧化碳储量。这个过程被称为碳封存。生物圈将植物（特别是像树木这样的大型植物）、土壤和水环境中隔离二氧化碳。因此，森林在任何减缓气候变化的努力中都是不可分割的组成部分。
分析：交代背景：减少温室气体的数量（排放+碳封存），给出碳封存的定义，和下一段一同给出森林在碳封存中的意义。
森林将二氧化碳隔离在活的植物和由其树木产生的产品中，包括家具、木材、胶合板、纸张和其他木材产品。这些林产品可以隔离二氧化碳。有些产品的寿命较短，而其他产品的寿命可能超过了生产它们的树木。与根本不砍伐森林的碳封存好处相比，一些森林产品中的碳封存与由于年轻森林的再生而导致的碳封存相结合，有可能随着时间的推移允许更多的碳封存。
分析：提出木材产品在碳封存中的作用。
在全球一级，包括适当采伐在内的森林管理战略可以有利于固碳。然而，过度捕捞可以限制碳封存。森林管理人员必须在收获产生的林产品的价值和允许森林继续生长和隔离碳的价值之间找到平衡。在这样做时，他们必须考虑许多因素，如树木的年龄和类型、地理、地形以及林产品的效益和寿命。
分析：这段开始由背景切入到建模本身，我们要考虑的是1、如何平衡林产品的价值和继续让森林进行碳封存的价值（严格来说即为，如何将碳封存的价值表示出来）；2、需要考虑的因素，如树木的年龄和类型、地理、地形以及林产品的效益和寿命，这个在后续建模的时候会继续提及，是重要的信息，建模的依据。
森林管理者的关切并不限于碳封存和森林产品。他们必须根据对森林进行的多种评价方式作出森林管理决策。这些可能包括但不限于潜在的碳封存、保护和生物多样性方面、娱乐用途和文化考虑。
分析：提出除了碳封存和木产品之外，还需要考虑潜在碳封存、生物多样性方面、娱乐用途和文化这些角度（其他可考虑的角度可以通过文献阅读得到，比如：政治角度、时间维度等）。

要求
国际碳管理(ICM)合作组织已经成立，为世界各地的森林管理者制定指导方针，试图弄清楚如何利用和管理他们的森林。由于世界各地的森林、气候、人口、兴趣和价值观的组成差异很大，一刀切的指导根本是不可能的。
分析：指出不同地区需要设置不同的管理方式，需要考虑的因素给的比较广泛，含有：森林、气候、人口、兴趣和价值观，接下来的具体问题会结合模型进行阐述。

1、开发一个碳封存模型，以确定森林及其产品可以封存多少二氧化碳。你的模型应该确定什么森林管理计划在隔离二氧化碳方面最有效。
分析：本题需要我们建立的模型的核心目的是为了确定封存的二氧化碳的数量，这个需要检索文献和已有的资料方法（搜索关键词：碳封存模型、森林固碳能力等），团队搜集到的有
1．生物量法。通过大规模的实地调查，取得实测数据，建立一套标准的测量参数和生物量数据库，用样地数据得到植被的平均碳密度，然后用每一种植被的碳密度与面积相乘，估算生态系统的碳量。
2．蓄积量法。对森林主要树种抽样实测，计算出森林中主要树种的平均容量（t/m³），根据森林总蓄积量求出生物量，再根据生物量与碳量的转换系数求森林的固碳量。
3．以生物量与蓄积量关系为基础的生物量清单法。首先计算出各森林生态系统类型乔木层的碳贮存密度（pc，mgc/hm²）。然后再根据乔木层生物量与总生物量的比值，估算出各森林类型的单位面积总生物质碳贮量。
4．涡旋相关法。是一种微气象技术。主要是在林冠上方直接测定CO2的涡流传递速率，从而计算出森林生态系统吸收固定CO2量的方法。
5．驰豫涡旋积累法。用维声速风速仪、红外线CO2分析仪等仪器测定和计算。
6．箱式法。植被的一部分套装在一个密闭的测定室内。CO2浓度随时间的变化就是CO2通量。
7．森林生态系统土壤的测定方法。土壤碳密度=土壤体积×土壤密度×土壤有机质含量÷1.724；土壤储量=土壤各亚类面积×土壤平均厚度×土壤平均容重×转换系数。
团队任务本题可以选用上述的方法，也可以根据上述模型综合搭建模型，即包含多个模型并分别对其设置权重。
模型应该确定什么森林管理计划在隔离二氧化碳方面最有效，这个问题需要从我们设置模型的变量考虑，如生物量法，要从植被的碳密度与面积两个因素去发散思考。（做一个思维导图，注意有条理考虑周全覆盖面广）

2、考虑到重视森林的其他方式，对碳封存最好的森林管理计划并不一定是对社会最好的。开发一个决策模型，让森林管理者了解森林的最佳利用情况。你的模型应该确定一个森林管理计划，以平衡森林的各种价值方式（包括碳封存）。
为了更好地理解您的模型，请考虑以下一些问题，以及您自己的问题：
*你的决策模式可能建议的管理计划的范围是什么？
*是否有任何条件会导致森林不被砍伐？
*适用于所有森林的管理计划之间是否存在过渡点？
*特定森林及其位置的特征如何用来确定管理计划之间的过渡点？
分析：模型为决策模型，考虑的因素是不仅在碳封存角度，还需要考虑整个社会因素。
这道题同样也是合理构建指标：潜在碳封存、生物多样性方面、娱乐用途和文化这些角度（其他可考虑的角度比如：政治角度、时间维度等）
将上诉几点设置成大的框架，再填充小的分类（小的分类中的指标可以找些容易找到的数据，如娱乐开销 GDP 各类人口等）
在构建这些指标之后需要建立综合考虑上述指标的决策模型，有两个建立方法，一是建立机器学习模型（最简单的如BP 神经网络，复杂的可以是决策树随机森林等），这种方法的好处是可以输入各个指标的数值、经过网络的学习即可输出措施对应的分数，通过分数值进行判断，不足之处无法形成直观的数学表达式；二是用统计学的方法建立模糊综合评价模型、层次分析模型、熵权法，好处是可以有直观的表达式和可解释性，不足之处在于可能存在主观判断的情况，产生误差。两类方法都可以。
第一个考虑的问题是需要考虑不同区域的情况（如非极端贫困，解释原因：经济因素会较大的影响当地人们的行为等）
第二个考虑的问题：言之有理即可

3、将您的模型应用于各种森林。确定您的决策模型将建议将收获纳入其管理计划的森林。
这片森林及其产品在100年后会吸收多少二氧化碳？
这个森林应该使用什么森林管理计划？为什么这是最好的方法呢？
假设最佳的管理计划包括一次收获之间的时间，比森林中目前的做法长10年。讨论如何以一种对森林管理人员和所有使用森林的人的需求很敏感的方式，讨论从现有的时间线过渡到新的时间线的战略。
分析：本题即使将问题一和问题二结合起来，注意模型的设置可以增加一个时间变量因为各个参数按照常识来说可能会随时间改变，即使不设置也建议写上团队考虑了这点。
使用何种计划需要依据模型二中算出来的值判断，因为它综合考虑各种因素基于模型算出的结果最优，所以采用该种方法。
最后一个考虑的要点，可以通过查阅文献语文说明，言之有理即可，就不局限大家的思维了。

4、有些人认为我们永远不应该砍伐任何树木，但你确定了一个森林应该包括收获的管理计划。写一篇两页的非技术性报纸文章，解释为什么你的分析包括在森林管理中收获，而不是它不被影响。最终，你的文章应该会让当地社区相信，这是对他们的森林做的最佳决定。
分析：这题也是根据前几的模型来计算，为使得社区相信，可以列出模型计算得到的结果，引用参考文献等方式，在完成前几问之后本题较为简单。

您的PDF解决方案总共不超过25页，应该包括：
当一页的摘要表
Table of Contents
在你完整的解决方案
一篇两页的报纸文章
引用列表
注：ICM竞赛的篇幅限版为25页。您提交的所有方面都达到了25页的限制（摘要表、目录、参考列表和任何附录）。您必须引用您的想法、图像和您的报告中使用的任何其他材料的来源。
分析：页面在20-25面都合理，不要遗漏了内容。关于报纸的格式和书写风格，可参考往年获奖论文。以上即为思路部分。

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