МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра безопасности жизнедеятельности и

промышленной экологии

ЭКОЛОГИЯ

Методические указания к выполнению практических работ

"Обработка данных натурных наблюдений методами

математической статистики"

Часть № 1

Факультеты: электро-энергетический

промышленного менеджмента

Специальности все

Вологда 2003

УДК 574 502 519.22/ .25

Экология: Методические указания к выполнению практических работ "Обработка данных натурных наблюдений методами математической статистики". - Часть 1-2-е изд., перер. и доп.- Вологда: ВоГТУ. 2003 — 32 с.

Дано описание выполнения практических работ, охватывающих часть курса "Экология" для всех специальностей ЭЭФ, ФПМ ВоГТУ. В методических указаниях изложены вопросы, связанные с обработкой данных натурных наблюдений методами математической статистики. Приведено теоретическое описание выполняемых процедур, порядок расчета, пример оформления и выполнения расчетно-графического задания. Соответствует образовательным программам, рассчитана не менее чем на 17 часов практических занятий.

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

Составитель: С. Н. Коваленко доцент, канд. техн. наук.

Рецензент: А. Г. Гудков доцент, канд. техн. наук.

I. Теоретическая часть

Проблема экологизации всех сфер антропогенной деятель­ности в настоящих условиях является актуальной проблемой со­временного общества. Происходящие изменения в окружающей среде под влиянием антропогенной деятельности заставляют уче­ных разных областей науки и техники во всем мире заниматься разработкой и анализом методик, связанных с защитой и охраной природных ресурсов, изучением процессов, с устойчи­востью биосферы, выявлением определяющих факторов, негативно влияющих на экосистемы.

Основополагающим направлением изучения процессов, происходящих в природной среде, и их тенденции к изменчивости является мониторинг. Мониторинг окружающей среды – это ком­плекс мер, направленных на получение исходной информации об изучаемом объекте, ее обработка и анализ. Начальным этапом мо­ниторинга выступает получение качественной исходной информа­ции. В нашей стране представить организационную структуру мо­ниторинга окружающей среды можно в следующем виде: вся тер­ритория России охвачена сетью гидрометрических постов наблю­дений, на которых периодически осуществляется отбор проб для анализов (анализируется химический, физический и биологический состав проб). Полученные количественные результаты проведен­ных работ носят, как правило, название данных натурных наблю­дений. Итак, государственная гидрометрическая сеть призвана осуществлять наблюдения за состоянием исследуемого объекта, тенденциями возможных изменений, определение и изучение наи­более важных факторов негативного влияния на объект, составле­ние прогнозов с учетом сложившихся объективных и субъектив­ных обстоятельств. Организация и проведение мониторинга воз­ложена на Государственный Комитет по Гидрологии и Метеороло­гии России (ГосКомГидроМет России). В общем случае натур­ные наблюдения осуществляются за состоянием атмосферы, гид­росферы и почвенным покровом. Пункты контроля деятельности располагаются не только в местах развитой антропогенной дея­тельности, но и на относительно экологически благоприятных тер­риториях и преследуют цель: получить общую картину склады­вающейся экологической обстановки в государстве.

Вторым альтернативным направлением в изучении изме­няющихся природных условий является так называемый экспеди­ционный метод, т.е. проведение научных исследований за ограни­ченный временной промежуток с конкретно поставленными це­лями.

При организации технических наблюдений эксперимента­тору приходится иметь дело со следующими факторами: выбором, поверкой и установкой прибора для наблюдения и проведения самих измерений, оценкой точности измеряемой величины. Полученные в ходе натурного эксперимента результаты подвергаются всесто­ронней обработке и анализу.

На современном этапе развития науки и техники при изу­чении природных явлений, процессов и тенденций их к изменению можно выделить следующие последовательно применяемые этапы исследования:

1. Получение количественных данных наблюдений в результате про­ведения натурного эксперимента (теория планирования и организации экспери­мента).

2. Обработка и анализ полученной информации (теория вероят­ности и математическая статистика).

3. Моделирование природных процессов (физическое и матема­тическое моделирование).

4. Принятие управленческих решений на основе получен­ных результатов обработки и моделирования.

Следует отметить, что ни одна даже самая современная математическая обработка результатов эксперимента не исправит халатности в получении данных натурных наблюдений, и наоборот, качественные результаты натурных исследований можно испор­тить неумелым применением математического аппарата.

Целью расчетно-графического задания является выработка у студентов технических специальностей навыков по обработке экспериментальных данных методами математической статистики, оценке полученных результатов, использовании их при принятии управленческих решений в области природоохраны и природо­пользования.

По рядам результатов натурных наблюдений (взятых, на­пример, из Государственного водного кадастра “Ежегодные дан­ные о качестве поверхностных вод суши” для конкретного загряз­няющего вещества, или предложенных преподавателем) на основе теории вероятности и математической статистики необходимо полу­чить основные характеристики расчетных параметров, отработать методику расчета и найти пути практического применения полу­ченных результатов.

Перед тем, как приступить к выполнению задания, необхо­димо дать характеристику полученных опытным путем количест­венных величин конкретного контролируемого загрязняющего ве­щества. Элементы выборки являются случайными величинами. Случайной величиной называется величина, которая в результате эксперимента может принять то или иное значение, причем зара­нее неизвестно какое именно. Дополнительно элементы (варианты) выборки являются непрерывными, т.к. природные явления и про­цессы непрерывны во времени и пространстве. Непрерывную слу­чайную величину можно охарактеризовать диапазоном изменения случайной величины и полностью распределения вероятности. По­лученные в результате натурного эксперимента количественные оценки данного вида загрязняющего вещества являются размер­ными характеристиками. Их размерность выражается в мг/л или г/м³ и характеризует массу растворенного вещества в объеме жид­кости или газа. Количественное значение с данной размерностью носит название концентрации загрязняющего вещества.

Расчетно-графическое задание основывается на данных натурных наблюдений и заключается в выполнении следующих этапов обработки:

1. построение вариационного ряда;

2. группировка данных натурных наблюдений;

3. определение расчетных статистических характеристик (мер положения, рассеивания, и форм кривой распределения);

4. графическое изображение сгруппированных рядов;

5. изучение формы кривой распределения;

6. проверка статистических гипотез.

Приведем порядок выполнения задания, расчетные фор­мулы, основные положения и характеристика этапов обработки.