9.Методы экологического моделирования. Приведите примеры.

Моделирование - использование объектов, обладающих определенным сходством с оригиналом, для получения новых знаний об исследуемых процессах и их параметрах.

Все существующие методы экологического моделирования подразделяются на графические, математические и имитационные. Эти знаковые модели опасных процессов представляют в виде последовательности случайных событий, приводящих к возникновению происшествий. Разработка подобных моделей напрямую связана с построением причинно-следственных диаграмм.

Среди известных к данному времени графических моделей опасных процессов, наиболее перспективны диаграммы причинно-следственных связей в форме "дерева происшествия" (fault tree) и "дерева событий" (events tree). Обе эти модели целесообразно использовать совместно: первое дерево удобно для воспроизводства условий появления и предупреждения интересующего нас происшествия, а второе - для исследования всех его возможных исходов и оценки наиболее вероятных разрушительных последствий.

Наибольшее распространение получило математическое моделирование.

Математической моделью называют систему математических соотношений, описывающих процесс или объект.

Под математическим моделированием будем понимать процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта и исследование этой модели, позволяющее получить характеристики рассматриваемого реального объекта.

Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задач исследуемого объекта, требуемой точности, достоверности решения задач.

Любая математическая модель описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения.

Математическое моделирование можно разделить на:

- аналитическое;

- имитационное;

- комбинированное.

Аналитическое моделирование.

Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (дифференциальных, интегральных и др.).

Аналитическая модель может быть исследована либо аналитическим методом, либо численно.

При аналитическом методе стремятся получить в явном виде общие зависимости искомых характеристик. Если нельзя решить уравнение в общем виде, то необходимо получить численные результаты при конкретных начальных данных.

Наиболее полное исследование процессов можно провести, если известны явные зависимости. Но такие зависимости можно получить только для простых систем. При усложнении систем аналитическое решение, как правило, невозможно.

Численный метод позволяем исследовать более широкий класс систем, чем аналитический, но при этом полученные решения носят частный характер. Численные методы предполагают использование компьютера.

Имитационное моделирование.

При имитационном моделировании используется алгоритм реализации процесса во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс с сохранением их логической структуры и последовательностью протекания во времени. Это позволяет по исходным данным получить сведения о состоянии процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики состояния системы.

Имитационное моделирование позволяет достаточно точно учитывать нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия, которые создают трудности при аналитических исследованиях.

Комбинированное (аналитико-имитационное) моделирование.

Комбинированное моделирование позволяет при анализе и синтезе модели объединить достоинства обоих методов. При построении комбинированных моделей производится предварительная декомпозиция процессов функционирования системы на составляющие подпроцессы. Где можно обойтись аналитическим моделированием, обходятся им, где нет – используют имитационное моделирование.

Экологическое моделирование – область моделирования, включающая широкий спектр различных видов моделей, занимающаяся изучением экологических объектов и процесс на их моделях с целью расчета поведения человека в некоторых стационарно-изменяющихся условиях среды, либо выработки рекомендаций для координации форм и масштабов хозяйственной деятельности с изменяющимися условиями среды.

Экологическое моделирование — имитация экологи­ческих явлений с помощью лабораторных, логических (математических) или натуральных моделей. Актуальные экологические проблемы с использованием моделирова­ния:

— оценка и прогноз продуктивности сельхозугодий,

— моделирование агроценозов и природных экосис­тем,

— динамические пространственные модели,

— моделирование популяционной динамики (актив­ность животных),

— модели экотоксикологии и оценка экологическо­го риска и т. д.

Моделирование позволяет прогнозировать состояние реальных экосистем и решать сложные экологические проблемы современности.

Примеры

1. процессов переноса-диффузии примеси в атмосфере и оценки последствий загрязнения территории промышленными выбросами в атмосферу (макет геоинформационного интернет-сервера, выполненный в виде Web ресурса с использованием инструментальных программных средств MapServer. Доступ к нему может осуществляться по локальным сетям или Интернет в интерактивном режиме с помощью обычного Web-браузера с поддержкой Java (Internet Explorer, Netscape Navigator, и т.д.).

2. Модель Паскуилла-Гиффорда. Это эмпирическая модель распространения примесей в атмосфере, предназначенная для описания поведения выбросов в атмосфере от точечного источника постоянной мощности на расстоянии до 10 км. Является рабочей моделью Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).

3.Модели связанные с Енисейским бассейном. Модели этой группы демонстрируют возможность привязки атрибутивной и модельной информации к линейным объектам карты местности.

4.Модель ВОДГЕО. Одномерная модель расчета переноса и разбавления примеси в водной среде от точечного источника постоянной мощности.

5.Пример информационной модели по вводно-биологическим ресурсам Енисейского бассейна показывает возможности пространственной привязки и карто-ориентированной визуализации базы данных результатов экспедиционных исследований качества воды.

6.Моделирование динамики экосистем регионального уровня

• Моделируется и прогнозируется динамика почв, растительности, поверхностных и подземных вод, уровня загрязненности и засоленности территорий, морфодинамика рельефа и инженерно-геологическое состояние территории

• Динамики мерзлоты и моделей формирования стока.

• Модель управления качеством воды состоит из нескольких составляющих: имитационной модели качества воды, модели гидрологического режима, моделей функционирования элементов водоохранного комплекса, моделей экономической оценки водоохранных мероприятий и службы контроля.