农业与食品
田地、畜群、池塘和供应链，向前运行，以估计供给能否满足需求。
早在计算机出现之前，人们就在纸上给农业建模：轮作计划、产量表和育种记录可以追溯到几个世纪前。如今的数字模型把天气、土壤化学、病害传播和市场冲击耦合在一次运行里。它们能提前预报收成、牲畜增长或短缺。同一类模型，小到一块田的灌溉时机，大到整个地区的饥荒预警，都能用。它还延伸到农场大门之外，用于发酵、烹饪、冷藏和食品追踪。
作物生长与产量模型
一块只种单一作物的田地，被简化为叶面积、生物量和籽粒几个库，逐日由天气、播种日期和管理措施驱动。
它回答的问题: 这块地会有多少产量，什么时候播种？
略去了： 把田地当作空间上均匀的，所以其中的变化，如积水或播种不足的地块，没有体现出来。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个田间季数秒自： 1965 到 1965 年，荷兰的 de Wit 早期作物生长模型
土壤水分与养分输运
水渗入各层土壤，养分在其中移动、结合和淋失，沿剖面逐个单元追踪。
它回答的问题: 有多少水和肥料到达根部，又有多少被冲走？
略去了： 土壤从来不像模型的网格假设的那样整齐分层。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 一台台式机，用于整个赛季的剖面运行自： 1972 到 1972 年，早期用于灌溉研究的土壤水分平衡模型
病虫害和植物病害传播
昆虫、真菌或细菌借助风、雨、动物或贸易，在作物或地区间传播，同时受到有利或不利天气的影响。
它回答的问题: 疫情会传播多远、多快，应该在哪里遏制？
略去了： 假定报告的疫情就是真实的范围，而它们几乎从不是。
运行于：约 1011 FLOPS 粗略 大学集群，运行一次区域性、跨多个季节的模拟自： 1980 到 1980 年，小麦锈病和马铃薯晚疫病传播的计算机模型
灌溉调度
逐日追踪土壤水分和作物需水量，以决定何时灌溉、灌多少。
它回答的问题: 这块田什么时候需要水，需要多少？
略去了： 假定水泵、运河和天气预报都表现正常。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 在农场电脑或手机应用上运行自： 1975 到 1975 年，灌溉农场的水平衡调度模型
土壤侵蚀与土地退化
降雨、径流和耕作把土壤从坡面上剥走，被追踪为沿坡向下、流出田地的泥沙。
它回答的问题: 这块地会流失多少表土，哪些做法能减缓？
略去了： 主要在温带农田上校准，所以推广到其他气候时效果很差。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 一台台式机，用于流域规模的运行自： 1965 到 1965 年，通用土壤流失方程及其计算机后继者
作物育种模拟
植物品种之间的虚拟杂交，经过模拟的世代向前推演，预测哪种基因组合能得到最好的品种。
它回答的问题: 在数百万种可能的杂交中，哪一种值得在田里做？
略去了： 纸面上一个基因的作用，并不总是它在真实牧场里的作用。
运行于：约 1012 FLOPS 粗略 大学集群，筛选数千个虚拟杂交自： 1990 到 1990 年，遗传模拟被用于植物育种计划
精准农业优化
一块田被划分成小地块，每块有各自的土壤和产量历史，以便为每块地算出最佳的种子、水和肥料用量。
它回答的问题: 这一小块地究竟需要多少投入，而不是整块田？
略去了： 需要良好的传感器数据，而大多数农场仍然没有处处都有。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 农场笔记本电脑处理一块田的传感器地图自： 1995 到 1995 年，产量图和变量施用模型
多模型作物集合
许多作物模型使用相同的天气和气候输入运行，它们的离散程度显示了产量预测的不确定性。
它回答的问题: 在未来气候下，产量预测有多大的不确定性？
略去了： 病虫害、极端事件和管理变化的处理并不均衡。
运行于：约 1012 FLOPS 粗略 数十个模型，覆盖全球网格自： 2013 The Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project, AgMIP (2013) 来源
土壤有机碳周转
土壤中的碳在不同的库之间移动，各库的衰减速率不同，受温度、湿度和植物输入的影响。
它回答的问题: 一块田在增加还是流失土壤碳，又是什么改变了这一点？
略去了： 池是概念性的，无法直接测量。
运行于：约 105 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上做按月的池模拟。自： 1977 Jenkinson 和 Rayner，洛桑一些经典实验中土壤有机质的周转。 来源
农业流域污染模型
模拟河流流域的降雨、作物、土壤和农事操作，得出水、泥沙和养分的径流。
它回答的问题: 在不同的耕作方式下，有多少养分或泥沙进入河流？
略去了： 校准需要大量数据，而田块层面的管理是猜出来的。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 在工作站上做流域尺度的逐日模拟。自： 1998 Arnold and colleagues, large area hydrologic modelling and assessment, model development. 来源
全球网格化作物模型集合
许多作物模型在同样的气候情景下运行于世界网格上，它们的离散程度显示了产量预测的不确定性。
它回答的问题: 在气候情景下，世界作物产量会变化多少，不确定性有多大？
略去了： 各模型都缺少相同的过程，比如病虫害和极端高温。
运行于：约 1013 FLOPS 粗略 在集群上对全球运行数十年的许多作物模型。自： 2013 Rosenzweig 及同事，农业模型比较与改进项目的协议。 来源
农场基于智能体的土地利用与采用模型
拥有各自土地、劳动力和邻居的农户决定种什么、采用什么技术，并带有创新的空间扩散。
它回答的问题: 农民会如何响应价格、补贴或技术？
略去了： 农民的决策由简化的规则来建模。
运行于：约 108 FLOPS 粗略 在工作站上做区域基于主体的模拟。自： 2001 Berger, agent-based spatial models applied to agriculture for technology diffusion and resource use. 来源
农药抗性管理模型
喷洒农药下的害虫种群演化出抗性，并比较庇护所、轮换和混用等策略。
它回答的问题: 哪种喷药策略能最久地延缓抗药性？
略去了： 耐药性的代价和害虫的移动都不确定。
运行于：约 106 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上运行群体遗传学模型。自： 1977 Comins, the management of pesticide resistance. 来源
农光互补的光照共享模型
作物上方的太阳能板会在作物上投下移动的阴影，因此要把布局、照到叶片上的光和作物生长，与所发的电放在一起模拟。
它回答的问题: 当两者共用阳光时，同一块地能产出多少粮食和能源？
略去了： 作物对部分遮阴的反应只在少数物种上已知，而光伏板下的水分和温度效应被简化了。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 每种布局和每个季节，需要在工作站上数小时。自： 2011 Dupraz 及其同事关于光伏板与粮食作物结合的土地当量比模型。 来源
植物构型生长模型
按植物学的分枝和衰老规则，一个芽一个芽地长出一株植物，给出树木或作物生长时的三维形状。
它回答的问题: 植物的分枝习性如何决定它怎样占据空间、捕获光线？
略去了： 生长规则是针对某一物种和环境拟合的，对风、邻近植株和损伤的响应有限。
运行于：约 108 FLOPS 粗略 每座工厂数秒到数分钟。自： 1988 de Reffye 及其同事忠实于植物学结构和发育的植物模型。 来源
度日害虫物候模型
每天累积超过某个阈值的热量，决定昆虫何时羽化、繁殖，何时发育到会危害作物的阶段，这样就能把握喷药时机。
它回答的问题: 害虫会在哪一天发育到防治有效的阶段？
略去了： 昆虫对温度的响应是一条曲线，不是直线，而且植株上的小气候和气象站的天气不同。
运行于：约 104 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上不费力；可对许多站点每天运行。自： 1976 Allen 改进的正弦波法，用来计算昆虫的度日。 来源
不育昆虫释放模型
大量饲养的不育雄虫被释放到野生种群中，与雌虫交配，雌虫不会产生后代，然后追踪种群数量下降的过程。
它回答的问题: 要消灭一种害虫，必须释放多少不育昆虫，持续多久？
略去了： 野生的雌性可能拒绝不育的雄性，从外面飞来的昆虫也可能抵消释放的效果。
运行于：约 105 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上数秒到数分钟。自： 1955 Knipling 对利用不育雄虫防治或根除昆虫的分析。 来源
土地利用变化主体模型
地主和农民各有自己的目标和信息，决定每块地怎么用，由此产生的土地覆盖被绘制成数十年的图。
它回答的问题: 在一项政策、一条道路或作物价格变动下，土地覆盖会如何变化？
略去了： 人类的决策规则很难测量，所以常常靠猜，而且模型是按过去来调的，并没有证据表明这些规律会延续下去。
运行于：约 108 FLOPS 粗略 在工作站上数小时。自： 2003 Parker 及同事对用于模拟土地利用与土地覆盖变化的多主体系统的综述。 来源
温室气候模型
温室的热量、湿度和二氧化碳平衡，包括阳光、通风口、供暖和作物自身的蒸腾，用来设计和控制室内气候。
它回答的问题: 应该怎样运行通风口和供暖，才能以最低成本让作物保持温暖干燥？
略去了： 空气被当作充分混合的，而真实的温室里存在梯度，作物的反馈也被简化了。
运行于：约 107 FLOPS 粗略 每模拟一天数秒，所以一个季节几分钟就能跑完。自： 1985 Garzoli 的简单温室气候模型（Acta Horticulturae）。 来源
牲畜群与饲料模型
追踪畜群的生长、产奶或产肉情况，对照饲料摄入量、品种和管理方式，逐头或整群地记录。
它回答的问题: 这群牲畜会产出多少，需要多少饲料才能达到？
略去了： 动物健康和状况每天的个体差异，基于饲料的模型捕捉不到。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 在农场电脑上运行，每群牲畜一次自： 1970 到 1970 年，早期的肉牛和奶牛生产模型
放牧与牧场管理
草地在放牧压力、天气和土壤肥力下的生长与再生，用来规划一片牧场能承载多少牲畜。
它回答的问题: 这片牧场能养多少牲畜而不被啃坏？
略去了： 牧场对提前到来或异常严重的干旱的反应，会偏离建模的生长曲线。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个牧场每季运行一次自： 1973 到 1973 年，放牧系统的牧草生长模型
水产养殖与养鱼
在池塘、网箱或水槽里养殖的鱼类或贝类，对照饲料、氧气、温度和放养密度来追踪。
它回答的问题: 应该投入多少库存、什么时候取出，产量才最高？
略去了： 真实池塘里的疾病暴发，很少与模型给出的预警相吻合。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个养殖周期运行一次自： 1985 到 1985 年，养殖鱼类的生物能量生长模型
家畜疫病暴发模型
一种农场动物疾病通过动物运输、车辆和风在农场之间传播，用来规划扑杀、禁止移动和环状疫苗接种。
它回答的问题: 这次疫情会传播多远，哪种控制措施能最快阻止它？
略去了： 农民并不总是像模型假定的那样迅速报告症状。
运行于：约 1011 FLOPS 粗略 大学集群，运行一次全国疫情模拟自： 2001 英国 2001 年口蹄疫疫情的模型
家畜育种与遗传学
动物之间的虚拟交配，经过世代向前推演，预测后代的产奶量、生长速度或抗病能力。
它回答的问题: 在整个育种群体中，下一步该用哪头公畜或母畜配种？
略去了： 假定记录的谱系是准确的，尽管实际上会有记录错误和亲子关系误记。
运行于：约 1011 FLOPS 粗略 为全国种群的育种评分运行的集群自： 1990 到 1990 年，奶牛基于 BLUP 的遗传评估
精准畜牧监测
用传感器追踪个体动物的活动、进食和体温，与模拟的健康基线对比，以便及早发现问题。
它回答的问题: 在成千上万只动物中，今天哪一只需要关注？
略去了： 传感器的故障在模型看来，和一只生病的动物一模一样。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 农场服务器处理一座畜舍的传感器数据流自： 2005 到 2005 年，传感器驱动的奶牛监测系统
水产养殖池塘的生物能量学
池塘里的每条鱼把饲料和氧气带来的能量转化为生长，同时追踪水中的氧气和废物。
它回答的问题: 多少条鱼、喂多少饲料，在池水变坏之前长得最快？
略去了： 疾病、行为和天气冲击大多被排除在外，所以模型最适合稳定的条件。
运行于：约 108 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上数分钟。自： 1985 Cuenco 及其同事针对水产养殖池塘的单条鱼生物能量学与生长模型。 来源
食品供应链模拟
粮食、农产品和加工食品从农场运到仓库再运到商店，同时追踪运输、储存损耗和需求冲击。
它回答的问题: 在短缺或冲击下，粮食系统最先在哪里断裂？
略去了： 真实的供应链隐藏着模型永远看不到的非正式贸易。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 为全国或地区电网运行的集群自： 1985 到 1985 年，应用于食品配送的物流模拟
饥荒早期预警模型
把降雨、收成、价格和冲突结合起来，在粮食短缺来临前数月就标出哪些地区正走向短缺。
它回答的问题: 哪些地区会缺粮，什么时候？
略去了： 取决于来自最没有能力报告的地方的数据。
运行于：约 1010 FLOPS 粗略 每月为许多地区评分运行的集群自： 1985 到 1985 年，萨赫勒地区由政府主导的饥荒预警系统
发酵过程建模
酵母、细菌或霉菌在面团、葡萄汁或麦芽浆的大桶里生长，通过追踪它们消耗糖分、产生酒精、酸或气体的过程。
它回答的问题: 要得到想要的结果，这个应该发酵多久，温度多少？
略去了： 野生发酵会带来模型从未被告知的微生物。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个批次流程运行一次自： 1975 到 1975 年，酿造和烘焙发酵的动力学模型
烘焙与食品热加工
热量传入面团、罐头或包装食品，通过追踪来预测烹饪、褐变，以及微生物被杀灭的安全程度。
它回答的问题: 这件产品的中心熟透了吗，吃起来安全吗？
略去了： 现实中的烤箱从来不会像模型的热场那样均匀。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个产品设计运行一次自： 1970 到 1970 年，罐头和烘焙的传热模型
冷链与腐败建模
追踪卡车、仓库和商店冰柜中的温度漂移与微生物生长的关系，预测损失了多少保质期。
它回答的问题: 这批货物在上架之前会变质多少？
略去了： 短暂而剧烈的温度偏离，比如门开了十分钟，造成的损害比模型的平均值所显示的更大。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，追踪一批货物的温度记录自： 1990 到 1990 年，冷链食品物流的货架期预测模型
食品安全与可追溯性模拟
污染物在食品体系中的某一点被引入，向前追踪它如何经过混合、加工和分销，看最终谁会接触到。
它回答的问题: 如果污染从这里开始，在召回追上之前会扩散多远？
略去了： 真实供应链中的纸质记录，比模型假定的缺口更多。
运行于：约 109 FLOPS 粗略 笔记本电脑，每个污染情景运行一次自： 1995 到 1995 年，重大污染疫情之后的可追溯性模拟
预测性食品微生物学
食物中细菌的生长与死亡，随温度、酸度和水分活度建模，用来估计保质期和安全性。
它回答的问题: 病原体在这种食物里、在这个温度下会长得多快？
略去了： 食物比实验室里的肉汤更多样。
运行于：约 105 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上做生长曲线拟合。自： 1994 Baranyi and Roberts, a dynamic approach to predicting bacterial growth in food. 来源
定量微生物风险评估
污染、烹饪、储存和食用被串联成概率分布，估计吃某种食物致病的可能性。
它回答的问题: 一个人吃了这种食物生病的可能性有多大，哪一步最关键？
略去了： 稀有病原体的剂量反应关系了解得很少。
运行于：约 108 FLOPS 粗略 在笔记本电脑上，对从农场到餐桌的链条做蒙特卡罗。自： 1998 Cassin and colleagues, quantitative risk assessment for E. coli O157:H7 in ground beef hamburgers. 来源
消化与胃内流动模拟
胃壁运动推动食物的混合和分解，并计算流动和胃酸，以把食物结构与营养释放联系起来。
它回答的问题: 食物在胃里被分解和吸收得有多快？
略去了： 胃壁运动和食物流变学被简化了。
运行于：约 1012 FLOPS 粗略 在集群上做移动壁面流动模拟。自： 2010 Kozu 及同事，对人类胃蠕动引起的胃内容物流动现象的分析。 来源