أنواع النماذج الرياضية

أنواع النماذج الرياضية المستخدمة في مجال الدراسات البيئية والشرح بشكل عام، وبعد ذلك سيكون هناك مقال عن نماذج محددة:

النماذج الحتمية / العشوائية-الاحتمالية: في مجال النمذجة البيئية أو أي مجال علمي آخر، هناك طريقتان رئيسيتان لفهم وتفسير الظواهر الطبيعية: النماذج الحتمية والنماذج العشوائية (أو الاحتمالية).

1- النماذج الحتمية:
تعتمد الطريقة الحتمية على فكرة أن كل حدث أو حالة في النظام يمكن توقعها بدقة إذا كانت جميع المعلومات الضرورية عن الظروف الأولية والمتغيرات متاحة. على سبيل المثال، يمكننا استخدام معادلات ديناميكا السوائل لتحديد تدفق المياه في نهر معين بناءً على الظروف الأولية مثل سرعة المياه وعمقها.

2- النماذج العشوائية – الاحتمالية:
تعتمد الطريقة العشوائية على فكرة أن الأحداث أو الحالات في النظام تحتوي على درجة من العشوائية أو عدم اليقين، ولا يمكن توقعها بدقة مطلقة، لكن يمكن وصفها باستخدام الاحتمالات. على سبيل المثال، يمكن استخدام النماذج الاحتمالية لتقدير احتمالية حدوث أعاصير بناءً على البيانات التاريخية عن الأمطار والظروف الجوية.

النماذج المفاهيمية / المادية: في دراسة النظم البيئية والمجالات العلمية الأخرى، نستخدم النماذج لتبسيط وفهم العمليات المعقدة. هناك نوعان رئيسيان من النماذج: النماذج المفاهيمية والنماذج المادية. كل نوع له خصائصه واستخداماته.

1- النماذج المفاهيمية:
هذه النماذج تعتمد على الأفكار والمفاهيم لتوضيح كيفية عمل نظام معين أو عملية محددة. لا تتطلب نماذج مادية أو فيزيائية، بل تعبر عن العلاقة بين المتغيرات والمكونات من خلال رسومات تخطيطية، مخططات انسيابية، أو معادلات رياضية. على سبيل المثال، يمكننا استخدام نموذج مفاهيمي لشرح دورة المياه في الطبيعة، وكيف تنتقل المياه من المحيطات إلى الغلاف الجوي ثم إلى الأرض والعكس.

2- النماذج المادية:
هذه نماذج ملموسة مصنوعة من مواد معينة لتشابه النظام الفعلي أو تمثله فيزيائيًا. يمكن أن تكون نماذج مصغرة أو نسخ مكبرة من النظام الذي ندرسه. على سبيل المثال، يمكن استخدام نموذج مادي لحوض مائي لدراسة حركة المياه والرواسب.

النماذج المجملة / الموزعة: في علم النمذجة البيئية والهندسة، هناك تصنيفات عديدة للنماذج بناءً على طريقة تمثيلها للمتغيرات عبر الفضاء. من بين هذه التصنيفات، هناك مفهوم النماذج المجملة (Lumped Parameter Models) والنماذج الموزعة (Spatially Distributed Models).

1- النماذج المجملة:
تعتبر هذه النماذج النظام وحدة واحدة أو عدة وحدات متجانسة، حيث يتم تقدير المتغيرات كقيم متوسطة عبر النظام بالكامل دون اعتبار للتوزيع المكاني. على سبيل المثال، في نمذجة مستجمعات المياه، يمكن استخدام النماذج المجملة لتقدير الجريان السطحي دون النظر إلى التفاصيل الدقيقة داخل مستجمع المياه.

2- النماذج الموزعة:
تعتبر هذه النماذج المتغيرات موزعة عبر الفضاء، حيث يتم تقسيم النظام إلى وحدات أصغر أو خلايا، ويتم حساب المتغيرات لكل وحدة على حدة. القيم تتحدد بشكل مكاني دقيق لتقدم صورة أكثر تفصيلًا، مثل دراسة التلوث المائي حيث تتغير تركيزات الملوثات عبر أجزاء مختلفة من النهر أو البحيرة.