Modeling Approaches for Marine Environmental Sustainability

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Researchers can explore a variety of modeling techniques (e.g., HPM, DEMATEL) applied to marine environmental issues, offering a starting point for further methodological development.

🏢実務担当者:Practitioners in marine management and sustainability can use the proposed models for microplastic tracking, carbon mitigation system design, and resource management prioritization.

🏛政策担当者:Policymakers can gain insights into causal drivers of marine sustainability and the effectiveness of interventions, supporting coastal and marine policy formulation.

気候変動、環境劣化、海洋汚染、生態系の不安定化という増大する課題は、数学的厳密性と実践的な持続可能性ソリューションを組み合わせた革新的な科学的アプローチを必要としている。ここ数十年の間に、数理モデリングは、複雑な環境システムを理解し、生態学的遷移を予測し、エビデンスに基づく緩和戦略を設計するための最も強力な学際的ツールの一つとして浮上してきた。本書は、この重要かつ急速に発展している分野に貢献することを目的として開発された。本書に収録された各章は、高度な数学的、計算的、工学的枠組みを通じて、現代の幅広い環境問題を探求している。本書は特に、非線形力学系、流体力学モデリング、コンパートメント分析、最適制御理論、機械学習の統合、および持続可能性指向の工学的ソリューションの応用に焦点を当てている。第1章「環境界面を横断するマイクロプラスチックフラックスの定量化と制御：解析力学的研究」は、陸域、水域、海洋、およびヒトの生物学的システムを横断するマイクロプラスチックの輸送と蓄積を調査する。ホモトピー摂動法（HPM）、機械学習技術、および最適制御戦略の統合を通じて、この研究は、マイクロプラスチック汚染の長期的な環境および公衆衛生への影響を理解するための包括的な枠組みを提示する。第2章「海洋炭素電気化学緩衝・変換システム（MCEBCS）：海洋環境における二酸化炭素排出削減の新規統合概念の利用」は、電気化学的アルカリ度向上と再生可能エネルギー統合に基づく革新的な海洋炭素緩和枠組みを紹介する。この章は、持続可能な海洋炭素管理技術の緊急の必要性を強調し、海洋生態系を保護しながら溶存二酸化炭素濃度を低減するための拡張可能なソリューションを提案する。第3章「沿岸生態系レジリエンスの結合流体力学・生物地球化学モデリング：スンダルバンスとマンナール湾の比較研究」は、脆弱な沿岸システムにおける生態学的転換点を調査するための結合モデリング枠組みを提示する。サン・ヴナン方程式、移流拡散反応モデル、および確率的モンテカルロシミュレーションを用いて、この研究は、気候変動シナリオ下での塩分侵入、熱ストレス、サンゴ白化、および沿岸生態系レジリエンスに関する貴重な洞察を提供する。第4章「アディヤール川は、チェンナイの大都市圏を流れる主要な河川システムの一つであり、家庭排水、産業排水、都市排水、雨水輸送、およびプラスチック廃棄物の蓄積に由来する相当量の人為的廃棄物を受け入れている。モンスーン期には、流体力学の流れの増加により、浮遊マイクロプラスチック粒子のベンガル湾の沿岸海洋生態系への輸送が大幅に強化される。したがって、選択された研究地域は、提案された非線形コンパートメントマイクロプラスチック輸送モデルを検証するための理想的な環境枠組みを提供する。第5章「海洋資源は、生態学的バランス、経済成長、食料安全保障、および持続可能な沿岸開発を維持する上で重要な役割を果たしている。しかしながら、環境汚染の増加、乱獲、気候変動、生息地の破壊、および持続不可能な産業活動は、世界中の海洋生態系を著しく脅かしている。環境的、経済的、技術的、および政策関連要因間の不確実性と相互依存性のため、持続可能な海洋資源管理に影響を与える複雑な関係を分析するには、従来の評価アプローチでは不十分である。したがって、この研究は、持続可能な海洋資源管理に影響を与える主要な要因間の因果関係を特定、評価、分析するための統合区間値型2型直観的ファジィ意思決定試験評価ラボラトリー（IVT2IF–DEMATEL）アプローチを提案する。本書は、数学的環境科学と持続可能性研究に関心のある研究者、学者、大学院生、環境技術者、海洋科学者、政策立案者、および学際的研究者を対象としている。本書で議論されている方法論は、理論的理解を進めるだけでなく、環境保護と気候適応のための実践的な意思決定を支援することを目的としている。我々は、この研究が数学、環境科学、工学、および公共政策の間のさらなる学際的協力を促進することを心から願っている。今日の世界が直面している環境問題は複雑かつ相互に関連しており、それらに対処するには統合された科学的思考と集団的な地球規模の行動が必要である。我々は、この研究の完成に貢献した貴重な洞察と支援を提供してくれた、それぞれの所属機関、同僚、査読者、および研究者に心からの感謝の意を表する。また、環境の持続可能性と生態学的レジリエンスに向けてたゆまぬ努力を続けている広範な科学コミュニティにも謝意を表する。我々は、科学的革新、責任あるガバナンス、および持続可能な実践がともに、より健全で回復力のある惑星に貢献することを願って、本書を将来の世代に捧げる。当初、影響を与える要因は、広範な文献レビューと専門家への諮問を通じて特定される。続いて、IVT2IFフレームワークは、専門家の判断における不確実性と曖昧さを処理するために採用され、DEMATEL法は、要因間の顕在性と因果的相互関係を決定するために利用される。提案された方法論により、影響レベルに基づいて要因を原因群と結果群に分類することが可能になる。調査結果は、気候変動の影響、海洋汚染防止、持続可能な漁業慣行、および沿岸政策の実施が、海洋の持続可能性に影響を与える最も重要な要因であることを示している。さらに、海洋モニタリングにおける技術進歩と効果的な廃棄物管理は、海洋生態系全体に影響を与える主要な因果要因として特定されている。これらの結果は、持続可能な海洋資源の利用と保全のための戦略的政策を策定する上で、政策立案者、環境機関、および海洋研究者に貴重な洞察を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The growing challenges of climate change, environmental degradation, marine pollution, and ecological instability demand innovative scientific approaches that combine mathematical rigor with practical sustainability solutions. In recent decades, mathematical modelling has emerged as one of the most powerful interdisciplinary tools for understanding complex environmental systems, predicting ecological transitions, and designing evidence-based mitigation strategies. This book has been developed with the objective of contributing to this important and rapidly evolving field. The chapters presented in this volume explore a wide spectrum of contemporary environmental problems through advanced mathematical, computational, and engineering frameworks. The book focuses particularly on the application of nonlinear dynamical systems, hydrodynamic modelling, compartmental analysis, optimal control theory, machine learning integration, and sustainability-oriented engineering solutions. The first chapter, Quantifying Microplastic Flux and Control across Environmental Interfaces: An Analytical Dynamics Study, investigates the transport and accumulation of microplastics across terrestrial, aquatic, marine, and human biological systems. Through the integration of the Homotopy Perturbation Method (HPM), machine learning techniques, and optimal control strategies, the study presents a comprehensive framework for understanding the long-term environmental and public health implications of microplastic pollution. The second chapter, Marine Carbon Electrochemical Buffering and Conversion System (MCEBCS): By using the novel integrated concept of carbon dioxide Emission Reduction in Marine Environments, introduces an innovative marine carbon mitigation framework based on electrochemical alkalinity enhancement and renewable energy integration. The chapter highlights the urgent need for sustainable marine carbon management technologies and proposes a scalable solution for reducing dissolved carbon dioxide concentrations while protecting marine ecosystems. The third chapter, Coupled Hydrodynamic-Biogeochemical Modelling of Coastal Ecosystem Resilience: A Comparative Study of the Sundarbans and Gulf of Mannar, presents a coupled modelling framework to investigate ecological tipping points in vulnerable coastal systems. Using Saint-Venant equations, Advection-Diffusion-Reaction models, and probabilistic Monte Carlo simulations, the work provides valuable insights into salinity intrusion, thermal stress, coral bleaching, and coastal ecosystem resilience under climate change scenarios. The fourth chapter, The Adyar River is one of the principal river systems flowing through the metropolitan region of Chennai and receives substantial anthropogenic waste originating from domestic discharge, industrial runoff, urban drainage, stormwater transport, and plastic waste accumulation. During monsoon seasons, increased hydrodynamic flow significantly enhances the transport of suspended microplastic particles toward the coastal marine ecosystem of the Bay of Bengal. Consequently, the selected study region provides an ideal environmental framework for validating the proposed nonlinear compartmental microplastic transport model. The fifth chapter, Marine resources play a crucial role in maintaining ecological balance, economic growth, food security, and sustainable coastal development. However, increasing environmental pollution, overfishing, climate change, habitat destruction, and unsustainable industrial activities have significantly threatened marine ecosystems worldwide. Due to the uncertainty and interdependency among environmental, economic, technological, and policy-related factors, traditional evaluation approaches are insufficient for analysing the complex relationships affecting sustainable marine resource management. Therefore, this study proposes an integrated Interval-Valued Type-2 Intuitionistic Fuzzy Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory (IVT2IF–DEMATEL) approach to identify, evaluate, and analyse the causal relationships among the major drivers influencing sustainable marine resource management. This book is intended for researchers, academicians, postgraduate students, environmental engineers, marine scientists, policy makers, and interdisciplinary scholars interested in mathematical environmental sciences and sustainability studies. The methodologies discussed in this volume aim not only to advance theoretical understanding but also to support practical decision-making for environmental protection and climate adaptation. We sincerely hope that this work will encourage further interdisciplinary collaboration between mathematics, environmental science, engineering, and public policy. The environmental problems facing our world today are complex and interconnected, and addressing them requires integrated scientific thinking and collective global action. We express our sincere gratitude to our respective institutions, colleagues, reviewers, and researchers whose valuable insights and support contributed to the completion of this work. We also acknowledge the broader scientific community working tirelessly toward environmental sustainability and ecological resilience. We dedicate this book to future generations with the hope that scientific innovation, responsible governance, and sustainable practices will together contribute to a healthier and more resilient planet. Initially, the influencing drivers are identified through an extensive literature review and expert consultation. Subsequently, the IVT2IF framework is employed to handle uncertainty and vagueness in expert judgments, while the DEMATEL method is utilized to determine prominence and causal interrelationships among the drivers. The proposed methodology enables the classification of factors into cause-and-effect groups based on their influence levels. The findings indicate that climate change impact, marine pollution control, sustainable fishing practices, and coastal policy implementation are the most significant drivers influencing marine sustainability. Furthermore, technological advancement in marine monitoring and effective waste management are identified as major causal factors affecting the overall marine ecosystem. The results provide valuable insights for policymakers, environmental agencies, and marine researchers in developing strategic policies for sustainable marine resource utilization and conservation.

• openalex https://doi.org/10.5281/zenodo.20124050first seen 2026-05-31 04:33:18 · last seen 2026-06-17 09:17:10