2022年美赛优秀论文集-E题O奖论文-2220714【英文】.pdf

### 知识点提炼 #### 一、美国大学生数学竞赛概览 - **竞赛背景**：美国大学生数学竞赛（简称“美赛”）是一项历史悠久、影响力广泛的国际性数学建模比赛，旨在通过解决实际问题来培养学生的创新意识、团队合作能力和解决实际问题的能力。 - **竞赛特点**：该竞赛每年举办一次，吸引了全球众多高校的学生参与，其题目涵盖了多个领域的实际问题，要求参赛者运用数学建模的方法进行分析和解决。 - **奖项设置**：美赛设立有多种奖项，包括但不限于特等奖(O奖)、一等奖、二等奖等，其中O奖代表了最高荣誉。 #### 二、2022年美赛E题O奖论文解析 - **论文概述**：本文档为2022年美赛E题获得O奖的优秀论文之一，主要研究森林管理与碳汇的关系，并提出了一种优化的森林管理策略。 - **核心模型**： - **Tree-Products-Environment Carbon Sequestration (TPE) 模型**：该模型用于计算在固定时间内森林能够吸收多少碳，以及如何通过有效的森林管理最大化碳汇效率。 - **Forest Management Evaluation (MFE) 模型**：基于生态、经济、旅游娱乐等因素，对不同的森林管理方案进行综合评分，从而选择最佳管理方案。 #### 三、TPE模型详解 - **模型构建基础**： - **净初级生产力(NPP)**：作为衡量森林碳汇水平的关键指标，NPP反映了森林通过光合作用合成碳的能力。 - **NPP计算模型**：利用GLO-PEM等评估工具帮助计算光合作用过程中合成的碳量。 - **碳循环机制**： - **活树储碳**：部分碳被存储在活树中，激活了碳循环。 - **产品固定**：另一部分碳则固定在森林产品中，并随着时间逐渐分解。 - **自然释放**：由于树木的自然死亡，部分碳会被释放到大气或环境中。 - **旋转再生管理策略**： - **优先砍伐老树**：优先考虑砍伐较老的树木，同时设定砍伐周期和比例，并同步种植新幼苗。 - **案例应用**：以长白山森林为例，当旋转周期设为10年，砍伐比例为20%时，可实现最高效的碳汇效果，在100年内预计碳汇量可达3.57×10^10克。 #### 四、MFE模型及其应用 - **多维度评价体系**： - **生态价值**：考虑森林的碳汇功能等生态效益。 - **经济效益**：评估森林管理带来的经济收入，如木材销售等。 - **旅游体验**：考察森林作为旅游资源的价值，包括游客满意度、自然美景保护等。 - **管理成本**：计算森林维护所需的费用。 - **层次分析法(AHP)的应用**：采用层次分析法建立评分体系，对不同管理方案进行综合评价，以平衡上述各项指标，最终确定最优管理策略。 - **案例分析**：基于长白山森林的实际数据，综合考虑以上指标，提出一套既有利于生态环境保护又能兼顾经济效益和社会价值的森林管理策略。 #### 五、论文贡献与意义 - **理论贡献**：本文提出的TPE模型和MFE模型为森林管理和碳汇研究提供了新的视角和方法论支持。 - **实践意义**：通过对长白山森林的具体案例分析，证明了旋转再生管理策略的有效性，为其他地区的森林管理提供了参考案例和实证依据。 - **未来展望**：未来可以进一步拓展研究领域，比如探索不同气候条件下的森林管理策略、结合人工智能技术优化森林监测等。