1ostroshenko_v_v_ostroshenko_l_yu_sistemnyy_analiz_i_modeliro

3.7. При решении разнообразных вопросов управления, в различных сферах деятельности, получили распространение имитационные модели.

Они связаны с многократным воспроизведением характерных особенностей системы и окружающей ее среды, с выбором случайного, но реально возможного соотношения анализируемых параметров без фактического воспроизведения реальной системы. Реализуются они в различных формах (физической, игровой, машинной имитации). Машинная имитация (моделирование с использованием ЭВМ) основана на многократном моделировании системы в чрезвычайно ускоренном масштабе времени с использованием случайных элементов и с последующей обработкой полученных статистических результатов. Осуществляются «проигрывание» различных решений и оценка их последствий. Появляется возможность воздействовать на систему и управлять происходящими в ней процессами.

Один из видов имитации – деловые игры. В ходе игры формируются сведения, необходимые для предсказания развития событий в рамках игры, а

следовательно, и в реальной обстановке.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте пояснения и ответьте на следующие вопросы:

1.Дайте определение понятиям «модель» и «моделирование».

2.Назовите основные функции моделирования в научном познании.

3.Какие требования предъявляются к моделям?

4.Как распределяются типы моделей в зависимости от характера связей с реальным объектом, по характеру учета времени, по числу этапов, по форме математического описания?

5.Как осуществляется моделирование в экологической деятельности?

2.Постройте схемы:

-типы моделей. - требования, предъявляемые к моделям.

-классификация моделей по области использования, характеру связи с реальным объектом, способу представления, характеру учета времени.

81

Глава 9. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ - ОСНОВА

МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ

Цель излагаемого материала: дать понятие об экологическом прогнозе, прогнозировании и мониторинге. Экосистема, формируя самостоятельную часть природной системы, является частью общенаучных системных знаний, которые связаны с экологической регламентацией хозяйственной деятельности, прогнозированием и мониторингом.

Вопросы:

1.Экологический прогноз и прогнозирование

2.Виды прогнозов

3.Методы прогнозирования последствий антропогенного воздействия на окружающую среду

4.Экологическое прогнозирование и мониторинг

1. Экологический прогноз и прогнозирование

Человечество издревле стремилось узнать будущее. Египетские жрецы, оракулы Древней Греции и Рима, средневековые гадалки и астрологи, первые ученые-прогнозисты – от социальных утопистов до естественников, пытавшихся прогнозировать погоду (среди них были Ламарк и Фиц-Рой – капитан всемирно известного «Бигль», на котором Ч. Дарвин совершил кругосветное путешествие), современные ученые, разрабатывающие научное предвидение, - таков путь, обширной области знания, носящей название

прогноза или прогнозирования.

Прогноз – это конкретное предсказание или вероятное суждение о состоянии чего-то (кого-то) или о проявлении какого-то события в будущем.

Экологический прогноз – предсказание изменений природных систем в локальном, региональном и глобальном масштабах.

82

Следовательно, прогноз представляет собой специфический вид познания, где прежде всего проводят исследования не того, что есть, а то, что будет.

Прогнозирование – совокупность приемов мышления, позволяющих на основе ретроспективного анализа внешних и внутренних связей, присущих объекту, а также их вероятных изменений в рамках рассматриваемого явления или процесса, вынести суждения определенной достоверности относительно его будущего развития.

Экологическое прогнозирование – предсказание возможного поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них человечества.

Настойчивое стремление человека к знанию будущего не случайно. Оно важно и в мелочах, и в крупном. Малейшая ошибка может обернуться трагическим уроком. Например: издавна людям было необходимо знать, когда лучше всего сеять ту или иную сельскохозяйственную культуру,

выгонять скот на пастбище. Запоздаешь или раньше высеешь в почву семена, и они либо попадут под засуху, либо зальет их половодье. Платой за ошибку будет голод.

Когда мы говорим о природном экологическом равновесии, то подразумеваем, что это равновесие очень подвижно. Завтра природа будет не той, что сегодня. Если же мы на нее как-то воздействуем, то она будет еще и не той, что была бы в своем саморазвитии. Поэтому наглядно видна значимость прогноза в экологии.

Главной целью прогноза является оценка предполагаемой реакции окружающей природной среды на прямое или опосредованное воздействие человека, решение задач будущего рационального использования природных ресурсов в связи с ожидаемыми состояниями окружающей среды.

83

2. Виды прогнозов

Экологические прогнозы подразделяют по времени, по масштабам прогнозируемых явлений и по содержанию ( рис. 9).

Виды прогнозов

По масштабам прогнозируемых явлений

Рис. 9. Виды прогнозов

По времени упреждения различают следующие виды прогнозов:

сверхкратковременные (до одного года), краткосрочные (до 3-5 лет),

среднесрочные (до 10-15 лет), долгосрочные (до нескольких десятилетий вперед), сверхдолгосрочные (на тысячелетия и более вперед). Срок на который дается прогноз, может быть различным. Так, проектируя крупный промышленный объект со сроком эксплуатации 100-120 лет, необходимо знать какие изменения в окружающей природной среде могут возникнуть в дальнейшем под влиянием этого объекта. Однако, чем долгосрочнее прогноз, тем он менее точен.

По масштабам прогнозируемых явлений прогнозы делятся на четыре группы: глобальные (физико-географические), региональные (в пределах нескольких стран мира), локальные (край, область, иногда административный район или еще меньшая территория, например, заповедник). Чем крупнее регион, тем более суровой будет расплата за ошибки экологического прогнозирования.

84

Например, Сахельская трагедия была предсказана в 40-е годы ХХ в., но никто не придал серъезного значения сделанному экологическому предостережению. В результате пало до 80% скота, погибли почти все дети в возрасте до 2-х лет. Число человеческих жертв достигло почти двух миллионов человек. Или другой пример: Вырубая влажные экваториальные леса Африки и Южной Америки, человек тем самым воздействует на состояние Земли в целом: уменьшается содержание кислорода, повышается количество углекислого газа. По мнению климатологов, антропогенное загрязнение атмосферы, в первую очередь связанное с энергетикой и выделением техногенной углекислоты, грозит глобальным потеплением – до

1оС за 10 лет. Скорость такого потепления планета еще не испытывала. Только на основе глобального прогноза будущего потепления климата можно предвидеть, как отразится потепление в конкретных регионах нашей планеты.

По содержанию прогнозы относятся к конкретным отраслям наук:

геологические, метеорологические и др.

3. Методы прогнозирования последствий антропогенного воздействия на окружающую среду

Все методы прогнозирования можно объединить в две группы:

логические и формализованные (рис. 10).

В экологии, в частности, в природопользовании большей частью имеют дело со сложными зависимостями природного и социально-экономического характера. Поэтому в первую очередь используют логические методы,

которые устанавливают связи между объектами. К ним относят методы индукции, дедукции, экспертных оценок, аналогии.

Методы индукции устанавливают причинные связи предметов и явлений. При индуктивном методе обследование начинают со сбора фактических данных, выявляют черты сходства и различия между объектами и делают первые попытки обобщения. Так, для составления прогноза погоды

85

необходимо провести соответствующие наблюдения и измерения, после чего можно сделать вывод в целом о погоде на сутки.

Методы прогнозирования

4.Экспертные

оценки

Рис. 10. Методы прогнозирования

При дедуктивном методе идут наоборот, от общего к частному, т.е.,

зная общие положения и опираясь на них, приходят к решению. Этот метод помогает определить стратегию прогнозных исследований. Индуктивный и дедуктивный методы тесно связаны между собой.

Метод экспертных оценок используют при отсутствии об объекте прогноза достоверных сведений и если при изучении объекта нельзя применить математический анализ. Суть этого метода состоит в определении будущего на основании мнения квалифицированных специалистовэкспертов, привлекаемых для вынесения оценки по проблеме. Существуют индивидуальная и коллективная экспертизы. Для прогнозирования методом экспертных оценок специалисты используют статистические, картографиические и другие материалы.

Метод аналогий исходит из того, что закономерности развития одного процесса с определенными поправками можно перенести на другой процесс, для которого необходимо составить прогноз. Метод аналогий чаще всего

86

применяют при разработке локальных прогнозов. Так, при прогнозировании влияния будущего водохранилища на окружающую среду можно использовать данные по уже имеющемуся водохранилищу, которое находится в аналогичных условиях.

Формализованные методы подразделяют на статистический,

экстраполяции, моделирования и др.

Статистический метод опирается на количественные показатели,

которые позволяют сделать вывод о темпах развития процесса в будущем. Метод экстраполяций представляет собой перенесение

установленного характера развития определенной территории или процесса на будущее время. Так, если известно, что при создании водохранилища при неглубоком расположении грунтовых вод, на участке началось подтопление и заболачивание, то можно предположить, что в дальнейшем здесь будут продолжаться эти процессы, которые приведут к образованию болота.

Метод моделирования подробно изложен в следующем вопросе.

4. Экологическое прогнозирование и мониторинг

В современных условиях моделирование занимает основное место в работах по экологическому прогнозированию. Как отмечает А.А. Ляпунов, «Задачи изучения математических моделей биогеоценозов состоят в том,

чтобы составить кинетику явлений, подсказываемую моделью, с той, которая наблюдается в действительности, и, опираясь на это сопоставление, довести модель до достаточно хорошего согласия с действительностью. Тогда такие модели станет возможным использовать для практических прогнозов, а также для выбора рационального вмешательства человека в жизнь природы,

с тем чтобы обеспечить такое использование природных ресурсов, при котором бы они должным образом самовоспроизводились» [Радкевич, стр.

20].

В основу математического моделирования при экологическом прогнозировании положен принцип представления сложной биологической

87

системы в виде отдельных подсистем (блоков, модулей), связанных между собой функциональными связями, имитирующими либо поток веществ (в том числе и загрязняющих), либо регулирующиеся воздействия, пространственные миграции, развитие организмов и т.д.

Например, в водной экосистеме выделяются отдельные подсистемы рыбы разного возраста, разные виды фитопланктона, зоопланктона, донные отложения, поступающие в водоем стоки и т.д. Кроме того, можно выделить и функциональные зависимости: плодовитость рыб в норме и определенных воздействиях, например свинца или других веществ; плодовитость и продолжительность жизни фито- и зоопланктона; зависимость от температуры среды, выклевывания мальков из икры, времени нереста и т.д. При этом экологический прогноз с помощью математических моделей возможен только при наличии данных о «нулевой точке отсчета», т.е. о не нарушенной природной системе.

В последние годы среди прогнозистов широко распространилось понятие «мониторинг», которое было предложено еще в 1920-х гг. по отношению к окружающей среде. Часто за мониторингом признается только наблюдение за состоянием окружающей среды. В более широком смысле в понятие «мониторинг» включают не только наблюдение, а также контроль и управление состоянием окружающей среды, т.е. то или иное целенаправленное воздействие на нее. Таким образом, мониторинг слагается из двух последовательных этапов: от наблюдения до контроля и управления. Ограничение мониторинга только наблюдением придает ему лишь пассивное, информационное значение. Задачей современного мониторинга является прогноз.

Программа экологического мониторинга реализуется в биосферных заповедниках, в том числе «Беловежская пуща», размещенном на территории Беларуси или «Морском заповеднике», размещенном на территории Хасанского района в Приморском крае. Схема мониторинга загрязнения

88

природной среды и его экологических последствий четко подразделяется на

геохимический, геофизический и биологический мониторинги.

Цель биохимического и геофизического мониторингов – получение информации об уровне загрязнения окружающей среды, об интенсивности и характере воздействий загрязнения на биологические системы, а также прогнозирование уровней загрязнения биоты в будущем.

Цель биологического мониторинга – оценка и прогноз реакции экосистем в ответ на фоновые воздействия загрязнителей. В его основу положены разработки математических моделей экосистем, которые могли бы служить инструментом прогнозов изменения состояния экосистем на глобальном уровне. Такие модели позволяют строить прогнозы о том, когда и под влиянием каких уровней воздействия загрязнителей исчезнут наиболее чувствительные к загрязнениям виды, установить очередность их исчезновения или существенного снижения численности популяций в той или иной экосистеме.

Примером успешного применения математической модели для прогнозирования является разработанная В.В. Меншуткиным модель динамики численности лососевых рыб [Радкевич, 1998]. Анализ модели на ЭВМ позволил выяснить и понять важнейшие закономерности жизнедеятельности камчатской нерки. На модели был проведен ряд экспериментов. В результате установили, что на нерестилищах нерки наблюдается повышенная смертность мальков, а в открытом море катастрофически возрос промысел лососей. Модель явилась официальным документом при составлении прогноза. Ограничения вылова лососей в открытом море позволили сохранить стадо этих ценных рыб.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте пояснения и ответьте на следующие вопросы:

1.Дайте определение терминам: «Прогноз», «Экологический прогноз», «Прогнозирование» и «Экологическое прогнозирование».

89

2.Перечислите виды прогнозов.

3.В какие группы объединяются методы прогнозирования?

4.Охарактеризуйте логические методы прогнозирования.

5.Охарактеризуйте формализованные методы прогнозирования.

6.Какие принципы заложены в основу математического моделирования при экологическом прогнозировании?

7.Поясните понятие «Мониторинг». Раскройте сущность геохимического, геофизического и биологического мониторингов.

2.Составьте схемы:

-виды прогнозов.

-методы прогнозирования.

-подразделение мониторинга по цели исследований.

90