svetlosanov_v_a_osnovy_metodologii_modelirovaniya_prirodnykh

Рис. 1.18 иллюстрирует характер влияния плотности населения на смертность. Эта кривая в настоящее время имеет больше теоретическое, чем практическое значение, так как влияния плотности населения на темп смертности предполагается слабым. Тем не менее, когда плотность населения по сравнению с существующей увеличится в 5 раз, темп смертности возрастет в 3 раза.

Итак, мы рассмотрели методику построения зависимости темпа смертности от ряда факторов. По такой же методике были созданы и использованы в модели графики зависимости темпа рождаемости от плотности населения Земного шара, уровня питания, уровня загрязнения, наличия природных ресурсов, материального уровня жизни.

Рассмотрим некоторые из графиков. Проанализируем модельные аспекты этого процесса.

Рис. 1.19. Множитель зависимости темпа рождаемости (ось Y)

от плотности населения (ось X).

На рис. 1.19 представлена зависимость темпа рождаемости от плотности населения. Как и в других графиках, численное значение на графике, соответствующее 1, характеризует условия 1970 г. Далее анализируем значения кривой зависимости темпа рождаемости от плотности населения.

Согласно графику уменьшение плотности населения приводит к небольшому увеличению темпа рождаемости. Если

- 71 -

плотность возросла (причины возрастания плотности населения в модели не обсуждаются) в 5 раз по отношению к 1970 г. то темп рождаемости уменьшается вдвое по отношению 1970 г.

Далее рассмотрим влияние уровня питания на множитель зависимости темпа рождаемости.

В модель заложена гипотеза, что уровень питания сильно влияет на темп рождаемости, особенно в критической ситуации, когда население испытывает недостаток пищи. На рис. 1.20 показана зависимость между темпом рождаемости и относительным уровнем питания.

Рис.1.20. Множитель зависимости темпа рождаемости (ось Y) от

уровня питания (ось X)

Как и в предыдущих случаях, единица на графике – это уровень питания на душу населения в 1970 г. Увеличение уровня питания в 2 раза по отношению к 1970 г. приводит к увеличению темпа рождаемости в 1.7 раза, а улучшение уровня питания в 4 раза увеличивает темп рождаемости в 2 раза.. Когда уровень питания резко падает (стремится к нулю), темп рождаемости – также стремится к нулю.

Рассмотрим еще один график: множитель зависимости темпа рождаемости от загрязнения.

Высокий уровень загрязнения, безусловно, оказывает сильное влияние на темп рождаемости. При этом можно выделить три аспекта: медицинский, социальный и психологический. В настоящее время не имеется репрезентативной статистики, которая позволяла бы построить графики, которые отражали бы точно и однозначно эти зависимости. Используемая в модели Форрестера кривая

- 72 -

использует гипотезу о нелинейном уменьшении темпа рождаемости по мере возрастания загрязнения.

Рис. 1.21. Множитель зависимости темпа рождаемости (ось Y)

от загрязнения окружающей среды (ось X).

Интерпретация кривой (рис. 1.21) следующая. Начало графика: нуль по оси X соответствует единице по оси Y. Это означает, что введена гипотеза: в 1970 г. загрязнение незначительно (но отлично от нуля). Далее значения кривой по оси Y показывают, как будет уменьшаться темп рождаемости по мере увеличения загрязнения в 10 – 60 раз по отношению к

1970 г.

АНАЛИЗ РЕШЕНИЙ УРАВНЕНИЙ МОДЕЛИ ФОРРЕСТЕРА.

Построенная Форрестером модель позволяет проанализировать воздействия многих параметров на рост численности населения.

Рассмотрим несколько сценариев.

Д. Форрестер провел на своей модели много экспериментов. Большинство из них приводило мировую систему в кризисное состояние. Д. Форрестер выделил 4 основные причины, которые способствовали деградации мировой системы. Кризис системы (это, прежде всего, сказывается в резком уменьшении численности населения за короткий промежуток времени) наступал в результате или истощения природных ресурсов, или сильнейшего загрязнения окружающей среды, или перенаселения, или нехватки

- 73 -

продуктов питания. Результаты расчетов модели Форрестера опубликованы в виде графиков. Рассмотрим несколько из них.

Во всех графиках по оси абсцисс (X) отложено время с 1900 г. по 2100 г. По оси ординат (Y) представлено пять переменных, иллюстрирующих изменение четырех основных переменных системы (численность населения, загрязнение, фонды, природные ресурсы) и параметр, характеризующий качество жизни. Были заданы начальные условия всех переменных в 1970 г. Кривые отмечены номерами от 1 до 5 и имеют разные числовые значения (порядки величин). Согласно модельным расчетам население Земного шара растет со временем, достигая своего максимума в 2020 г. (по одному из сценариев). К этому времени происходит сильное истощение природных ресурсов. Заложенные в модели отрицательные обратные связи приводят к тому, что численность населения начинает падать. С истощением природных ресурсов связано падение эффективности капиталовложений и ухудшение материального уровня жизни населения.

Как видно из рис. 1.22 к 2100 г. запасы природных ресурсов уменьшаются на 75%.

Следует отметить, что в модели предполагалось, что природных ресурсов должно хватить на 250 лет развития человечества, если темп их использования сохранится на уровне 1970 г. Но резкое увеличение численности населения привело к увеличению разработки природных ресурсов, что дало полученный (вышеупомянутый) модельный результат. Кризис мировой системы приводит к недостатку ресурсов не через 250 лет, а уже через 70 - 100 лет.

Как видно из рис 1.22 максимум загрязнения приходится на 2060 г. Расчетное численное модельное значение загрязнения в 2060 г. в 6 раз выше загрязнения в 1970 г.

Рассмотрим изменение качества жизни, представленное на рис. 1.22. Сначала качество жизни растет, достигая максимума около 1960 г. Далее идет небольшое снижение до 2070 г. и после этого происходит стабилизация данного параметра.

Кривая фондов (капиталовложений) ведет себя следующим образом. До 2040 г. общий объем

- 74 -

капиталовложений повышается, так как процесс генерации фондов превышает процесс износа. Максимум общего объема капиталовложений имеет место, когда тенденции начинают уравновешивать друг друга. После 2040 г. износ фондов превосходит генерацию фондов, и общий объем капиталовложений сокращается.

Рис. 1.22. Кризис развития мировой системы за счет истощения природных ресурсов.(1. – численность населения, 2. – загрязнение, 3. – фонды, 4. - качество жизни, 5. – природные ресурсы)

Итак, сделанный первый модельный расчет показал кризис мировой системы за счет истощения природных ресурсов. В модели были заложены те запасы природных ресурсов, которые были известны к моменту расчета. Однако истощение природных ресурсов может быть отодвинуто за счет разведки новых запасов. Надо также учитывать, что достижения в области науки могут способствовать созданию различных заменителей, которые отсрочат кризис нехватки природных ресурсов. Кроме того, модельной (теоретически и

- 75 -

реальной) мировой системой можно управлять. Например, снизить скорость использования природных ресурсов. Ведь мы имеем дело с математической моделью. На ней можно проводить разнообразные эксперименты без вмешательства в реальную систему. Преимущество модельного исследования заключается в том, что можно менять параметры модели, изменить начальные условия (скажем, увеличить объем предполагаемых запасов сырья), сделать модельный расчет и проанализировать результат.

Именно эти гипотезы были использованы Форрестером для проведения другого сценария, который включал достаточно большие (значительно превышающие разведанные) запасы природных ресурсов. Если природные ресурсы не ограничивают рост населения и не замедляют темп индустриализации, то анализ моделей позволит определить какой-либо другой параметр в мировой системе, который может привести к другим кризисам.

Рассмотрим сценарий по Форрестеру, известный под названием «Кризис загрязнения».

В математической модели можно легко предположить (т.е. осуществить управление системой), что в 1970 г. скорость использования естественных ресурсов была резко снижена, и это не оказало никакого влияния на другие части системы. Это может соответствовать либо изменению оценки действительной скорости потребления мировых запасов, либо открытию повой технологии для уменьшения зависимости от дефицитных материалов. На рис. 1.23 темп использования природных ресурсов был снижен до 25% его первоначальной величины в 1970 г. Это значит, что если все другие параметры системы остаются теми же, то скорость потребления ресурсов после 1970 г. равняется 25% от принятой ранее величины. В действительности же другие параметры тоже изменятся. На использование естественных ресурсов влияет численность населения и материальный уровень жизни, а эти два фактора продолжают изменяться. Уменьшение потребности в естественных ресурсах устраняет один из факторов ограничения развития системы в целом.

- 76 -

Рис. 1.23. Кризис мировой системы в результате сильного загрязнения. (1. – численность населения, 2. – загрязнение, 3. – фонды, 4. - качество жизни, 5. – природные ресурсы)

Выясняется, что если естественные ресурсы больше не ограничивают роста, то в системе возникает другая сила, подавляющая рост численности населения.

Такой силой является сильный рост загрязнения, который возникает, если никакие другие факторы не ограничивают роста численности населения до того, как это произойдет в результате сильнейшего загрязнения. Как показывает рис. 1.23, загрязнение возрастает более чем в 40 раз по сравнению с 1970 г. Рост численности населения и рост капиталовложений продолжаются до тех пор, пока скорость роста загрязнения не превысит скорости разложения загрязнения. Загрязнение резко увеличивается при перегрузке природных механизмов очистки. Рост загрязнения будет продолжаться до тех пор, пока не подавит процессы, вызывающие загрязнение. Здесь появляется противоречие между увеличением как численности населения, так и объема

- 77 -

капиталовложений, каждое из которых способствует росту загрязнения. За счет отрицательных связей в модели сильное возрастание загрязнения приводит к упадку численности населения и объема капиталовложений. На рис. 1.23 численность населения падает до 1/6 своего максимального значения. Такое падение численности населения характеризует безусловный кризис мировой системы.

В данной модели по Форрестеру уменьшение скорости использования естественных ресурсов не изменяла процесс образования загрязнения. Существуют две точки зрения. Согласно первой точки зрения загрязнение прямо связано с использованием ресурсов. Согласно второй точки зрения: действительно, загрязнение связано с использованием ресурсов, но это не единственно действующий параметр в системе, способствующий росту загрязнения. Применение технологии, направленной на экономию редких металлов, должно привести к использованию химических веществ и пластиков, обладающих такой же или более высокой токсичностью. Зависимости, представленные на рис. 1.23, в частности, резкое уменьшение численности населения, зависят от того, какая часть Земного шара подвергнется наибольшему загрязнению.

Теперь проанализируем по Форрестеру модельную кривую, названную «материальный уровень жизни». Сразу поясним, что полученные в модели значения «материального уровня жизни» для населения, вряд ли соответствует его реальным величинам. Такая оценка Форрестером «материального уровня жизни» была скорее всего некорректной. Видимо, поэтому другие исследователи не использовали эту переменную в своих расчетах. Для вычисления «материальногo уровня жизни» Форрестер весь обьем капиталовложений делил на численность всего населения планеты. Если население внезапно уменьшается, модель предполагает, что оставшийся капитал используется оставшейся частью населения. Это эквивалентно предположению, что в результате кризиса загрязнения уменьшается та часть населения, которая не использует капиталовложений. Но, вероятно, это не так. Скорее всего, нарушение связей в социальных системах и сельском хозяйстве

- 78 -

привело бы к тому, что численность населения в индустриальных странах уменьшилась бы больше всего. Если так и произойдет, то процесс создания загрязнения остановится прежде, чем численность населения упадет так низко, как показано на рис. 1.23. Другими словами, если основная тяжесть кризиса загрязнения ляжет на страны, создающие загрязнение, то наиболее населенные развивающиеся страны переживут этот кризис с меньшим ущербом для численности своего населения. Сам Форрестер считал, что предположения, сделанные в рамках модели, должны быть тщательно исследованы дополнительно, прежде чем решать, какие зависимости будут определять динамику численности населения после того, как оно достигнет максимума.

Высокая плотность населения возникает только благодаря индустриализации. Без индустриализации трудно было бы сохранить численность населения. Вполне возможно оказаться в такой ситуации, когда продолжение процесса индустриализации может привести к сокращению населения изза загрязнения, в то время как прекращение индустриального процесса будет означать сокращение населения из-за недостаточной технической оснащенности общества.

На рис. 1.23 качество жизни падает по мере того, как условия жизни ухудшаются и вызывают уменьшение численности населения. Быстрое увеличение качества жизни после 2060 г. скорее всего, является не действительным, так как оно вызвано предположениями в модели, которые вряд ли реальны для таких суровых условий. Так материальный уровень жизни быстро растет, когда население начинает убывать. Это происходит в предположении, что весь капитал остался в распоряжении оставшейся части населения и используется им. Так ли это в реальной жизни? Это может быть неправильным для тех катастрофических условий, которые описаны в модели. Если падение численности населения из-за роста загрязнения происходит в наиболее развитых странах, места основных капиталовложений и оставшееся население мира могут быть географически разделены. Разница в уровне развития и образования также помешала бы населению развивающихся стран эффективно вкладывать оставшийся

- 79 -

капитал. Расчеты показывают, что когда относительный уровень питания начинает падать, доля капиталовложений в сельском хозяйстве быстро увеличивается, так как высокий материальный уровень жизни не налагает больших ограничений на капиталовложения, а относительный уровень производства продуктов питания падает из-за пагубного влияния загрязнения на сельское хозяйство. Капиталовложения, предназначенные для сельского хозяйства, растут гораздо быстрее, чем их можно бы использовать в реальной жизни при таких чрезвычайных обстоятельствах. Во время кризиса загрязнения относительный уровень питания резко падает из-за снижения количества сельскохозяйственной продукции. Это снижение описывается коэффициентом зависимости производства питания от загрязнения,

Модельные расчеты показывают, что увеличение в 40 раз относительного загрязнения снижает производство пищи на 20% по сравнению с уровнем загрязнения 1970 г. Увеличение относительного уровня питания после уменьшения численности населения происходит вследствие того, что уменьшившееся по численности население имеет в своем распоряжении лучшие земли и оставшиеся высокие капиталовложения в сельском хозяйстве. Вполне понятно, что численное значение множителя зависимости качества жизни от загрязнения сильно уменьшается при 40 - кратном увеличении загрязнения.

Загрязнение как следствие увеличения численности населения и объема капиталовложений растет постоянно примерно до 2050 г. Уменьшение населения, которое начинается в 2040 г., не вызывает немедленного спада в образовании загрязнения, так как объём капиталовложений остается прежним и используется оставшимся населением. Когда население убывает, относительная величина фондов увеличивается, так как общий объем капиталовложений остается постоянным. Множитель зависимости загрязнения от объема фондов увеличивается, пока не достигнет области своего насыщения. Затем образование загрязнения уменьшается вместе с уменьшением населения. Происходит ускорение

- 80 -