- •Министерство образования и науки Украины
- •Тема 2. Сложные биогенные системы как объект изучения екологических наук. Свойства и законы функционирования сложных систем Экосистемы. Концепция экосистемы
- •Пространственная структура екосистем
- •Концепция функционирования экосистемы
- •Тема 3. Понятие среды обитания, структура природной среды
- •Гидросфера
- •Атмосфера
- •Литосфера
- •Организм как среда жизни
- •Тема 4. Организм и факторы среды. Основы аутэкологии
- •Понятие об экологических факторах
- •Тема 5. Характеристика и классификация экологических факторов
- •Концепция лимитирующих факторов. Закон минимума Либиха
- •Закон толерантности
- •Тема 6. Абиотические факторы среды и их влияние на живые организмы
- •Основные экологические факторы. Солнечная радиация
- •Температура окружающей среды
- •Влажность.
- •Соленость
- •Реакция среды (рН)
- •Газовый состав среды обитания
- •Тема 7. Биотические факторы среды, их виды и влияние на живые организмы Биогенные элементы и факторы, лимитирующие продукцию
- •Экологические ниши
- •Межвидовые и внутривидовые связи в экосистеме
- •Другие экологические классификации и группы организмов
- •Экологические ниши
- •Тема 8. Антропогенный фактор как группа экологических факторов, возникшая вследствие человеческой деятельности. Его характеристика и влияние на живые системы
- •Тема 9. Популяция как елементарная единица изучения экосистем. Основы демэкологии (екологии популяций)
- •Организация на популяционном уровне
- •Свойства популяционной группы
- •Потенциальная скорость естественного роста популяции
- •Флуктуации численности популяции.
- •Механизмы изменения численности популяции
- •Регуляция численности популяции
- •Типы взаимодействия между популяциями различных видов.
- •Отрицательные взаимодействия
- •Положительные взаимодействия
- •Тема 10. Биоценоз как экологическая система Биоценоз
- •Биоценология
- •Трофическая структура биоценозов
- •Пространственная структура биоценозов
- •Экологические ниши
- •Основные формы межвидовых связей в экосистемах
- •Тема 11. Основы учения об экосистемах (биогеоценология) Понятие и структура биогеоценоза. Трофическая структура и продуктивность экосистем
- •Обмен вещества и энергии в экосистемах. Сети питания.
- •Развитие и эволюция экосистем. Сукцессии и климакс.
- •Аллогенные (экзогенные) и аутогенные (эндогенные) сукцессии. Другие классификации сукцессий
- •Экологические модификации.
- •Тема 12. Основы глобальной экологии (биосферологии) Эволюция биосферы
- •Современные представления о биосфере
- •Динамика биосферы
- •Глобальные круговороты углерода и воды
- •Круговорот азота
- •Круговорот фосфора
- •Круговорот серы
- •Круговорот второстепенных элементов и пестицидов
- •Количественная оценка биохимических циклов
- •Тема 13. Ноосфера как стадия развития биосферы. Основы концепции ноосферы
- •Тема 14. Экология и ее прикладные области Охрана и рациональное использование природных ресурсов планеты
- •Охрана и рациональное использование природных ресурсов
- •Охрана окружающей среды
- •Охрана почв.
- •Охрана водных ресурсов
- •Охрана атмосферы
- •Охрана видов и экосистем
- •Экологические основы интродукции
- •Биологические методы борьбы с вредителями
- •Фитомелиорация
- •Экологическая диагностика
- •Контроль численности экономически важных видов
- •Рекультивация промышленных земель
- •Тема 15. Социальные аспекты экологических наук. Социоэкология Общество как компонент глобальной экосистемы. Влияние деятельности человека на окружающую среду
- •Демография человеческого вида
- •Мировая демографическая ситуация
- •Демографические проблемы Украины
- •Тема 16. Техногенез и экологические проблемы. Техноэкология. Промышленная экология. Урбоэкология
- •Техносфера. Природно-промышленные системы и закономерности их функционирования
- •Экологические проблемы городов
- •Тема 17. Экология человека. Влияние качества природной среды на здоровье человека Влияние окружающей естественной среды на здоровье населения
- •Экологическая медицина, валеология, экопатология. Гигиеническое нормирование и контроль содержания химических веществ. Санитарно-гигиенические показатели объектов окружающей среды
- •Тема 18. Методы исследования в экологических науках. Современные достижения экологических наук, основные направления исследований Полевые наблюдения
- •Экспериментальные методы
- •Моделирование в экологии
- •Проблематика и основные направления экологических исследований
Моделирование в экологии
Метод моделирования - это построение, проверка, исследование моделей и интерпретация полученных результатов.
Сущность моделирования состоит в том, что наряду с системой (оригиналом), которую можно обозначить Y0 (V0, X0, 0, F), рассматривается ее модель, в качестве которой выступает некоторая другая система Y(V, X, , F), представляющая собой подобие оригинала S0. Соответствие оригинала модели принято обозначать f : (Y0) Y, где f- частично определенное отображение (то есть не все черты состава и структура оригинала отображаются модельно). Модель, как правило, представляет собой упрощенный образ оригинала, и это упрощение (огрубление) осуществляется отображением g, при котором из системы Y0сознательно удаляют некоторые элементы и связи и получают подсистему Y. В то же время модель должна, пусть и огрубленно, или, как называют в системном анализе, агрегированно, но в определенной степени верно отражать оригинал. Это осуществляется с помощью гомоморфного отображения подсистемы Y на модель Y. Общее представление о модели иллюстрирует рисунок 20.
Рис. 20. Переход от системы-оригинала к модели.
На рисунке 20, а изображена система оригинала, внешняя среда которой V0 образована тремя элементами V10, V20, V30; внутренний состав X0 - четырьмя элементами x10, x20, x30, x40; структура представлена девятью связями: 10: 90.
Пусть, исходя из программы исследований, оказалось возможным исключить из системы S0 элемент x40, а также связи 10, 70, 90. Результатом такого упрощения явилось образование системы Y (V, X, , F) где V = {v1, v2, v3}, X= {x1, x2, x3}, = {10:60}.
Следующее упрощение h сливает элементы v1 и v2 в один элемент v1, элементы x1 и x2 - в элемент х1, связи 1 и 2 - в одну связь 1 , связи 3 и 4 - в связь 2. В результате получается система Y= Y(V, X, , F), где Х= (х1, x2), V= ( v1, v2), = (1, (2, 3, 4 ) Следовательно, система Y является моделью системы .
В зависимости от задач, стоящих перед исследователем, и его возможностей, характера огрубления и степени агрегирования, для одного и того же оригинала можно получить несколько различных моделей. Стратегия моделирования состоит в том, чтобы путем упрощения получить модель, свойства и поведение которой можно бы было изучать с достаточной эффективностью. В то же время модель должна быть достаточно схожей с оригиналом, чтобы результаты изучения были применимы и к оригиналу. Переход от модели Y к оригиналу называется интерпретацией модели.
Основной проблемой перехода от системы оригинала Y0 к модели Y является установление закона функционирования F, после чего исследование системы Y0 можно заменить исследованием ее модели Y. С учетом закона функционирования результаты исследований модели Y можно интерпретировать применительно к системе оригинала. В результате при помощи моделирования в некотором приближении (в зависимости от приближения модели к оригиналу) может быть решена задача установления функции изучаемой сложной системы Y0.
Одним из преимуществ метода моделирования является возможность построения моделей с "удвоенной" реализацией, так как в зависимости от выбора реализации модели зависит сложность ее исследования.
В зависимости от задач исследования и особенностей системы-оригинала разрабатываются самые разнообразные модели, которые можно классифицировать по различным признакам:
Реальные (натуральные, аналоговые).
Идеальные (знаковые):
Концептуальные (вербальные, графические).
Математические:
Аналитические (оператор известен в аналитической форме):
Дискретные или непрерывные.
Детерминированные или стохастические.
Точечные или пространственные.
Статические или динамические.
Численные (имитационные):
Дискретные или непрерывные.
Детерминированные или стохастические.
Точечные или пространственные.
Статические или динамические.
По типу реализации модели подразделяются на реальные и идеальные. Реальные модели отражают наиболее значительные черты оригинала. Например, аквариум с растительностью, животным и микробным населением воспроизводит некоторые черты обитаемых водоемов хотя бы потому, что сам является водоемом. При работе с натурными моделями трудно установить степень адекватности модели оригиналу и, следовательно, обосновать возможность применения результатов моделирования к оригиналу. При натурном моделировании экосистем вопросы обоснования адекватности часто далеки от удовлетворительного решения. С трудностями технического характера (преодоление их не всегда приводит к решению поставленных задач) связано также создание и использование натурных моделей экосистем.
Поскольку экосистемы представляют собой сложные для изучения объекты, наибольший эффект при проведении исследований может быть достигнут в результате использования комплекса различных методов, взаимосвязанных между собой.
Следовательно, современная экология выступает научно-естественной основой разработки и осуществления комплексных многодисциплинарных проектов изучения экосистем как целостных динамических объектов, включающих живые и неживые компоненты. Для раскрытия функционирования и целостных свойств экосистемы в эти проекты необходимо включать рассмотрение ее связей с соседними экосистемами.