ÍslenskaenEnglish

Aðilar að Skemmunni

Leit eftir:


LokaverkefniHáskóli Íslands>Verkfræði- og náttúruvísindasvið>Doktorsritgerðir>

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/7922

Titlar
  • en

    An Interacting Particle Model and Dynamic Energy Budget Theory: Analysis and Applications

  • Samverkandi eindalíkan tengt kvikum orkubúskap: Greining þess og notkun

Útgáfa
Apríl 2011
Útdrættir
  • en

    An interacting particle model is described and applied to the Icelandic capelin stock (\emph{Mallotus villosus}). Using available temperature data and approximated currents, and without using artificial forcing terms or a homing instinct, the model was able to reproduce the observed spawning migration routes for three different years, successfully predicting the route for 2008. By means of a sensitivity analysis the oceanic temperature and the balance between the influence of interaction among particles and the particles' response to temperature are identified as the control parameters most significant in determining the migration route. One significant contribution of the simulations is the inclusion of orders of magnitude more particles than similar models, which affects the global behavior of the model by propagating information about surrounding temperature through the school more efficiently. In order to maintain the same dynamics between different simulations, we argue a linear relationship between the time step, radii of interactions, and the spatial resolution, and we argue that these scale as $N^{-1/2}$, where $N$ is the number of particles. In order to investigate this argument, several measures are presented and in turn analyzed, e.g.~global and local order parameters, average number of neighbors and relaxation times to equilibrium. Simulations are performed on a torus without environmental factors in order to examine the behavior of these measures. The scaling arguments are shown to maintain the average number of neighbors. Another interesting result is that the local relaxation time of the system is much shorter than the global relaxation time, $t_{r}\<<t_{R}$, and that the ratio $\bar{n}_{E}/\bar{n}_{U}$ remains constant for a spectrum of simulations. The temporal resolution of the system is discussed, as well as its effect on the behavior of the system.
    In order to capture the inner dynamics of capelin such as roe production and fat content, a Dynamic Energy Budget (DEB) model is developed for the Icelandic capelin. A new state variable is introduced to the DEB model to capture the roe production of individual fish. Species-specific coefficients are found for the capelin such as the shape coefficient and the Arrhenius temperature. Shown is how to link the DEB model to measurable quantities such as weight, length, fat, and roe content. Data on measured three year old female capelin from the 1999-2000 season from the Marine Research Institute of Iceland (MRI) and Matis, an Icelandic Food and Biotech R\&D, is used. Plausible parameter values for the DEB model are found by fitting the output of the model to these data. %Should we mention the anchovies Good fits are obtained between theory and observations, and the DEB model successfully reproduces weight, length, fat percentage and roe percentage of capelin. The effect of maturity on the spawning route of capelin is then emphasized; temperature preference and speed of individual fish are known to be affected by the state of maturity of the individual fish. Described is how the DEB model can be integrated with the interacting particle model, by letting the speed and preferred temperature range depend on the roe content of individuals.

  • Eindalíkani er lýst og því beitt á hinn íslenska loðnustofn (Mallotus villosus). Líkanið notast við tiltæk gögn um sjávarhitastig og nálgun á straumum og tekst þannig að framkalla hrygningargöngu loðnunnar fyrir þrjár mismunandi vertíðir. Sér í lagi spáði líkanið rétt fyrir um hrygningargöngu ársins 2008. Líkanið notast ekki við neina utanaðkomandi krafta til að stýra eindum að hrygningarslóðum. Framkvæmd var næmnigreining sem sýnir fram á að sjávarhitastig ásamt samspili samskipta milli einda og næmni þeirra gagnvart hitastigi eru þeir stikar sem ráði að mestu leyti leið hrygningargöngunnar. Í hermununum er fjöldi einda mun meiri en áður hefur tíðkast í sambærilegum líkönum. Hinn mikli fjöldi hefur áhrif á víðfeðma hegðun kerfisins og sökum samskipta milli einda berast upplýsingar um hitastig mun skilvirkar og hraðar. Við höldum því fram að til þess að viðhalda hegðun kerfisins milli hermana þurfi línulega skölun milli tímaskrefs og samskiptageisla. Sett er fram skölunin $N^{-1/2}$, þar sem $N$ er fjöldi einda. Til þess að rannsaka hegðun kerfisins með tilliti til þessarar skölunar eru settar fram nokkrar kennistærðir og þær rannsakaðar. Kennistærðirnar eru meðal annars víðfeðmur og staðbundinn reglustiki, meðalfjöldi nágranna og tími sem tekur kerfið að ná jafnvægi. Hermanir eru gerðar á kleinuhring án umhverfisþátta til þess að rannsaka hegðan kerfisins með tilliti til kennistærðanna. Sýnt er fram á að skölun milli stika viðheldur meðalfjölda nágranna. Einnig er áhugavert að í öllum hermununum nær kerfið staðbundnu jafnvægi mun fyrr heldur en það nær víðfeðmu jafnvægi, $t_{r}\<<t_{R}$. Einnig kemur í ljós að meðalfjöldi nágranna í jafnvægisástandi er hærri en búist er við og er hlutfallið $\bar{n}_{E}/\bar{n}_{U}$ fast í hermununum. Við ræðum hlutverk tímaskrefs og áhrif þess á hegðun kerfisins.
    Til þess að lýsa innri breytistærðum loðnu, eins og hrognafyllingu og fituhlutfalli, er líkan kviks orkubúskaps (DEB) þróað fyrir íslensku loðnuna. Innleidd er ný breytistærð fyrir hrognamyndun einstakra fiska. Fundnir eru stikar, sem eru háðir lífverunni, eins og stærðarstuðull og Arrheniusarhitastig. Sýnt er hvernig fá má út frá DEB líkninu mælanlegar stærðir eins og þyngd, lengd, fitu- og hrognahlutfall. Notast er við gögn frá þriggja ára gamalli kvenkyns loðnu frá 1999-2000 vertíðinni frá Hafrannsóknarstofnuninni og Matís. Fundnir eru trúverðug stikagildi með því að fella líkanið að mælingum. Gott samræmi fæst milli DEB líkansins og mælinga á þyngd, lengd, fitu- og hrognahlutfalli loðnunnar. Bent er á mikilvæg áhrif þroska á hrygningargönguna; þekkt er að kjörhitastig og hraði einstakra fiska taka mið af þroskastigi. Lýst er hvernig DEB líkanið verður tengt við hreyfilíkanið þannig að hraði og kjörhitastig einda muni ráðast af hrognahlutfalli einstaklingsins.

Birting
15.4.2011


Skrár
NafnRaðanlegtStærðRaðanlegtAðgangurRaðanlegtLýsingRaðanlegtSkráartegund
Doktorsritgerd_BE_B5.pdf16,3MBOpinn Heildartexti PDF Skoða/Opna