26.Моделироание природных процессов. Классификация экологических моделей
Моделирование-метод исследования сложных объектов, явлений и процессов, путем их упрощенного лимитирования (математического, логического). Оно основано на теории подобия(сходства) с аналогом.
Модель-система, воспроизводящая определенные стороны, связи, функции исследуемого объекта. Более доступная для изучения и позволяющая при ее изучении получить новую информацию о моделируемом объекте. Важнейшее требование, свойство модели -ее сходство с моделируемым объектом. Модели, которые используются могут быть различными. Наиболее часто используются математические модели, основанные на фундаментальных законах материального мира(законы сохранения, трансформации хим. веществ, законов эволюции).
Процесс моделирования включает в себя 4 стадии:
1)построение модели, заключающейся в установлении основных законов, которым подчиняется функционирование изучаемого объекта. Эта стадия называется еще постановкой задачи и требует глубоко анализа фактов ее взаимосвязей между составляющими объекта, которые должны учитываться в модели.
2) решение поставленной задачи известными методами и исследование этих решений.
3) проверка выполнения критерия практики. На этой стадии выясняется, согласуются ли результаты наблюдений с теоретическими расчетами на модели. Если расхождение теоретических наблюдаемых результатов выходит за пределы точности наблюдений, то возникает вопрос о корректировке модели или замене ее более совершенной.
4) использование модели для вычисления свойств объекта в условиях, где наблюдения пока не проводились или же где они вообще невозможны или опасны.
С помощью моделирования делаются досрочные прогнозы различных ситуаций в экосистеме.
2 Классификация экологических моделей.
Диапазон и масштаб моделируемых процессов крайне велик. От глобальной экологии до прогнозирования динамики отдельных компонентов биоценоза. Поэтому при классификации экологических моделей могут быть использованы различные подходы. Так одни авторы предлагают классифицировать модели на 2 групппы:
МОДЕЛИ
↙ ↘
Материальные идеальные
−физические − математическим, кибернетические,
графические, имитационные.
Из материальных моделей наиболее широко распространены физические модели , например при создании крупных проектов, таких как строительство ГЭС, связанных с изменением ОС, вначале строятся уменьшенные модели устройств и сооружений, но которых используются процессы, происходящие на заранее прогнозируемом процессе. Наибольшее распространение и значение в экологии приобретают идеальные модели. Если математическое моделирование проводится с использованием компьютерных технологий, то оно называется кибернетическим. Исследования, в которых компьютерные технологии играют важную роль в процессе построения моделей и проведение модельных экспериментов получили название имитационное моделирование, а соответствующие модели – семитационные.
Графические модели представляют собой либо блок-схемы или же раскрывают зависимость между процессами в виде таблицы-графика. Графическая модель позволяет конструировать сложные эко и геосистемы.
Рассмотрим блоковую схему - схема, на которой показаны 4 основные компонента учитываемых при моделировании экологических систем( автор Ю.Одум)
--------------------------------------------------
Е
→
↓
→
→
----------------------------------------------------
E- движущая сила
P- свойства системы
F-потоки вещества и энергии
I-взаимодействие
По охвату территории все модели могут быть: локальными, региональными и глобальными.
Другие авторы предлагают классифицировать модели на:
Статистические- строятся при допущении . что исследуемый процесс случаем и может быть изучен с помощью статических методов анализа системы. Они включают эмпирические модели , корелляционный и факторный анализ , многомерное шкалирование, анализ временных рядов. Например , для исследования продуктивности агроценозов используются эмпирические модели представляющие собой регрессионные уравнения, связывающие конечный результат и показатели его качества с действующими величинами.
Динамические-(диффузия, балансовые, модели математической физики). Диффузные модели используют аппарат уравнений переноса. Область их применения- расчет потоков вещества и энергии в приближенных к ним средах. Балансовые модели описывают динамику систем, совокупность процессов переноса вещества и энергии. В качестве математического аппарата используется обыкновенное диффузное решение.
Частным случаем таких моделей являются компартментные модели, которые представляют объект виде резервуаров и связывающих их каналов.
Матричные, представляют динамику объектов в виде последовательной смены состояний.
a (t+1)=Aa(t)
a-вектор характеристики объекта
Квадратичная матрица
t- время
В общем случае матрица А может быть переменной и ее элементы будут зависеть от времени.
Модели теории исследования операций -решают задачу оптимального управления в условиях , когда доступные ресурсы ограничены, т.е регламентированы значения переменных.
Такие модели используются при автоматизированном проектировании С/Х технологий.
Известны модельные разработки планирования хозяйственного использования земель в условиях радиактивного загрязнения и оптимизацию технологий по принципу « игр с природой»
Специфические индивидуальные модели- служат для описания узкого круга процесса например взаимодействия типа « хищник-жертва» Такие модели используются в фитопатологии, эпизоотологии.