Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 7.6. Общая схема системного изучения экосистемы (по В. Д. Федорову, Т. Г. Гильманову, 1980)

Задача концептуализации состоит в том, чтобы суммировать известную информацию об изучаемой экосистеме в виде логичес­ки непротиворечивой концептуальной модели. Модель концентри­рует данные, необходимые для решения рассматриваемой пробле­мы. Определяется место изучаемой экосистемы в ландшафте, устанав­ливаются ее «входы» и «выходы», т. е. связи с соседними экосисте­мами, атмосферой, гидросферой, твердой средой, деятельностью человека и т. п. (рис.7.7]. Далее в модели характеризуютсясостав, структура и главные особенности функционирования экосис­темы, т. е. определяются число компонентов и совокупность связей.

250

Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 77. Концептуальная модель внешних связей экосистемы (по В. Д. Федорову, Т. Г. Гильманову, 1980)

Спецификация и наблюдения. Назначение этапа специ­фикации состоит в том, чтобы определить состав входных пере­менных, переменных состояния экосистемы и, по возможности, строго задать отображение оригинала на модель. При специфика­ции указывается, с какими измеряемыми характеристиками экосис­темы и внешней среды сопоставляются переменные ее состояния, какие методы и единицы измерения используются. При этом целесооб­разно создавать автоматизированные компьютерные банки дан­ных. Принципиальная схема состава и структуры наземной и водной экосистем показана на рис. 7.8.

На основании спецификации и концептуальной модели плани­руются полевые наблюдения за динамикой изучаемых свойств экосистемы и прежде всего за переменными экологического сос­тояния и входными характеристиками. Результаты наблюдений используются на последующих этапах работы (идентификация, проверка и исследование модели). Кроме того, они могут служитьосновой для пересмотра в случае необходимости концептуальной модели, что показано на рис. 7.6 линией от блока 4 к блоку 2.

Идентификация и эксперименты. Задача идентифика­ции заключается в математическом описании соотношений между переменными, образующими структуру модели. В частности, основу структуры динамических моделей с п переменными состояния состав­ляют чаще всегоп дифференциальных уравнений, выражающих закономерности изменения каждой из переменных во времени.

251

Глава 7. Методы изучения экосистем

Рис. 7.8. Схема состава и структуры наземной и водной экосистем

При идентификации, как правило, возникает потребность в проведении полевых или лабораторных экспериментов с целью проверки различных гипотез о характере взаимосвязей между компонентами экосистемы или для оценок параметров известных зависимостей. Экспериментальные работы проводятся параллель­но с другими стадиями исследования, вследствие чего возможно возвращение к предыдущим этапам и их повторение в новом цикле исследований с учетом дополнительной информации, полу­ченной в результате эксперимента.

Реализация и верификация модели. После идентифи­кации модели встает проблема ее реализации, т. е. нахожде­ния оператора, который позволит рассчитывать динамику состо­яния экосистемы во времени в соответствии с входными данны­ми и начальным состоянием. Обычно реализация осуществляет-

252