svetlosanov_v_a_osnovy_metodologii_modelirovaniya_prirodnykh

кризиса загрязнения при условии; что скорость разложения загрязнения не возрастает.

Согласно модели Форрестера в 2030 г. создается ситуация, когда общее загрязнение окружающей среды продолжает нарастать, а существующие природные механизмы не способны справиться с растущим загрязнением. (Отметим, что в модель заложена гипотеза, что разложение загрязнения пропорционально частному от деления уровня загрязнения на время разложения).

Для прекращения роста загрязнения необходимо, чтобы скорость его образования стала меньше скорости разложения загрязнения. Какие возможности для этого имеются? В одном из сценариев в модели Форрестера автор предполагает, что скорость образования загрязнения снижена наполовину. Если придерживаться гипотезы, что загрязнение – это следствие только промышленной деятельности, то это означает, что половина мировой промышленности должна прекратить работу. Согласно модели сильное возрастание загрязнения в мировой системе произойдет в 2030 г. Чтобы такого не случилось, надо резко вмешаться в существующие динамические процессы. Но, как и всякая большая система, мировая система обладает большой инерцией. Поэтому трудно надеяться на то, что ситуация будет изменена в лучшую сторону к 2030 году.

Рост загрязнения после 2020 г. воздействует на население двояким образом. Кроме прямого воздействия на рождаемость и смертность, загрязнение влияет па производство продуктов питания. Каков результат такого воздействия? Следует ожидать сильное возрастание смертности и уменьшение рождаемости в связи с развитием кризиса загрязнения. Число людей, умирающих в год, удваивается между 2030 г. и 2050 г. Примерно в 2060 г. рождаемость падает до очень низкого уровня, частично из-за того, что сама численность населения упала до относительно малой величины, а частично из-за ухудшающихся условий жизни.

Итак, на модели Форрестера были исследованы проблемы нехватки природных ресурсов и проблемы загрязнения. При этом кризис загрязнения оказался более

- 81 -

сильным воздействием для общества чем кризис, определенный нехваткой природных ресурсов.

Рассмотрим сценарий по Форрестеру, известный под названием «Проблема перенаселения».

Как уже говорилось, в модели могут быть введены разные гипотезы. Одна из гипотез Форрестера состояла в наложении в модели одновременных ограничений для двух факторов: уменьшение использования природных ресурсов и уменьшение мирового загрязнения. Модельные исследования показали, что в этом случае в игру вступает третий фактор, ограничивающий рост населения.

Сразу надо отметить, что одновременное подавление влияния на систему двух факторов (введение гипотезы об ограниченности в использовании природных ресурсах и уменьшения уровня загрязнения) является в большей степени предпосылками теоретическими, чем реальными. Тем не менее, в модели была введена гипотеза, что, начиная с 1970 года в мировой системе не используются дополнительные ресурсы и загрязнение уменьшается до 10% от значения загрязнения, действующего в 1970 году. Модельные расчеты показали, что численность населения начинает расти и достигает 9.7 млрд., т.е., плотность населения возрастает в 2.65 раза. При этом довольно сильно снижается «качество жизни» населения. К 2200 году численность населения стабилизируется. В мировой системе возникает перенаселенность, что приводит в свою очередь к возрастанию спроса на продукты питания. Чтобы удовлетворить этот растущий спрос на продукты питания, в сельском хозяйстве начинают использовать малопродуктивные земли. Такой процесс приводит к дополнительным капиталовложениям в производство продуктов питания. Согласно модельным расчетам кривые, описывающие поведение системы, ведут себя довольно плавно, Рост численности населения в этом сценарии не носит взрывного характера. Тем не менее, перенаселенность приводит к уменьшению уровня питания. Этот фактор оказывается решающим для того, чтобы остановить рост численности населения.

- 82 -

СЦЕНАРИИ, ВЕДУЩИЕ К ГЛОБАЛЬНОМУ РАВНОВЕСИЮ МИРОВОЙ СИСТЕМЫ

Одна из основных идей создания модели Форрестера заключается в поиске и нахождении сценарных вариантов, которые дают так называемое «глобальное равновесие» по Форрестеру.

Рис. 1.24 Один из модельных сценарных вариантов, ведущих к глобальному равновесию (по Форрестеру).

На рис 1.24 представлен модельный сценарий, при котором не происходит падение численности населения. По оси X отложено время (годы). По оси Y отложены 5 разномасштабных величин.

Такой модельный сценарий стал теоретически возможным при выполнении целого ряда условий:

темп использования природных ресурсов уменьшен на

75%;

образование загрязнения уменьшено на 50%; фондообразование уменьшено на 40%;

- 83 -

производство продуктов питания уменьшено на 20%; темп рождаемости уменьшен на 30%.

Из рис 1.24 видно, что численность населения стабилизируется на уровне чуть ниже уровня 1970 г., при этом качество жизни возрастает. С течением времени происходит медленное истощение природных ресурсов. Этот процесс (истощение природных ресурсов) в мировой системе будет проходить всегда, если человечество не решит проблему регенерации отходов или не найдет заменителей природных ресурсов.

Итак, Форрестером найдено модельное «глобальное равновесие». Это понятие требует дополнительной расшифровки. Форрестер рассматривал данное понятие с позиций механики. Стабилизируются, (т.е. сохраняются в течение определенного времени) основные переменные в глобальной системе: численность населения, производство. Загрязнение компенсируется самоочисткой природной среды. Природные ресурсы истощаются, но медленно. Можно подвести итог многочисленным модельным экспериментам Форрестера: чтобы существовать, человеческое общество должно находиться в относительном равновесии с окружающей средой.

Сделав первый, но решительный шаг в создании математических моделей глобального развития, Форрестер высоко оценивал не конкретные результаты такого рода исследований, а, в основном, методологическую ценность созданного научного направления. Он считал, что «результаты современных исследований, возможно, войдут в школьные программы так же, как в них вошли достижения физики за последние тридцать лет» (Форрестер, 1978).

ПРОЕКТЫ, ВЫПОЛНЕНЫЕ ПОД ЭГИДОЙ «РИМСКОГО КЛУБА».

Разработка глобальной модели Д. Форрестера была продолжена многими исследователями в разных странах мира. Некоторые из этих исследований были выполнены под эгидой Римского клуба.

- 84 -

В период 1972 – 1992 гг. в области глобального моделирования вслед за работой Д. Форрестера были проведены следующие исследования:

1.В Массачусетском технологическом институте интернациональная группа ученых во главе с Д. Мидоузом разработала модель «Мир-3» (Meadows et al, 1972)..

2.М Месарович и Э. Пестель (Mesarovich, Pestel, 1974)

осуществили проект под названием «Стратегия выживания» (немецкий вариант) или «Человечество у поворотного пункта» (американский вариант).

3.Голландский экономист, лауреат Нобелевской премии Я. Тинберген с группой сотрудников представили проект «Пересмотр международного порядка» (Tinbergen, 1974, Тинберген, 1980)

4.Под руководством английского физика лауреата Нобелевской премии Д. Габора был выполнен проект и представлен доклад «За пределами века расточительств»

(Gabor,1976).

5.Группа исследователей под руководством американского философа Э. Ласло представила Римскому клубу доклад «Цели для человечества» (Laszlo et al, 1977).

6.Французский профессор Т. Монбриль подготовил Римскому клубу доклад «Энергия: обратный счет» (Montbrial,

1979).

7.Проблеме улучшения образования был посвящен доклад Римскому клубу «Нет пределов обучению». Доклад был подготовлен международной группой сотрудников Дж. Боткиным (США), М. Эльманджра (Марокко) и М. Малица

(Румыния) (Botkin et al., 1979).

8.Французский экономист М. Гренье сделал доклад Римскому клубу «Третий мир: три четверти мира» (Gurnier,

1980).

9.Итальянский экономист О. Джиарини представил доклад Римскому клубу по теме «Диалог о богатстве и благосостоянии» (Giarini, 1980).

10.Директор Международного института управления Б. Гаврилишиным (Hawrylyshyn, 1980) выполнил работу для

-85 -

Римского клуба под названием «Маршруты, ведущие в будущее».

11.Аргентинские исследователи под руководством А. Эррера создали латиноамериканскую модель мирового развития (Herrera, 1974).

12.Группа X. Линнемана в Амстердамском университете провела исследования по теме «Проблемы удвоения населения мира» (Linnemann, 1974).

13.Японская группа под руководством Я. Кайа провела исследования «Глобальные конструкции и новое представление развития мира» (Kaya, Suzuki, 1973).

14.Группа исследователей под руководством лауреата Нобелевской премии по экономике В. Леонтьева (США) создала модель «Будущее мировой экономики» (Leontief, 1976; Леонтьев, 1979) .

15.Группа английских исследователей создала модель глобального развития (Roberts, 1973).

16.Через 20 лет после выхода книги «Пределы роста» Д.Х. Медоуз, Д.Л. Медоуз, Й. Рандерс выпустили книгу «За пределами роста». (D.H. Meadows, D.L. Meadows, J. Randers 1992; Д.Х. Медоуз, Д.Л. Медоуз, Й. Рандерс 1994).

17.Через 30 лет после выхода книги «Пределы роста» Д. Медоуз, Й. Рандерс, Д. Медоуз, выпустили книгу «Пределы роста. 30 лет спустя» (D. Meadows, J. Randers, D. Meadows 2004,

Д. Медоуз, Й. Рандерс, Д. Медоуз 2007)

Анализ некоторых проектов с позиции моделирования можно найти в книгах (Математические модели, 1980), (Лейбин

1982).

Рассмотрим основные особенности указанных проектов.

Д. Форрестер, построив модели «Мир-1» и «Мир-2», устранился от конкретной разработки дальнейших мировых математических моделей и передал бразды правления (в те времена ассистенту, в дальнейшем профессору) Деннису Медоузу. Модель, разработанная интернациональной группой Д. Медоуза «World –3», опубликована в книге «Пределы роста» (Meadows et al, 1972). Эта книга была широко разрекламирована (то, что теперь называется «пиаром»). Во

- 86 -

многом именно поэтому эта книга (а не книга Д. Форрестера «Мировая динамика») вызвала большой интерес у научной общественности разных стран, была переведена на многие языки и в короткое время стала научным бестселлером. Справедливости ради надо отметить, что методологически модель группы Медоуза во многом совпадает с моделью Форрестера. Во многом совпадают и выводы обоих авторов. Конечно, в построении модели «Мир-3» группы Медоуза имеются отличия от модели «Мир-2», представленной Д. Форрестером. Так, модель «Мир-3» включает в рассмотрение значительно больше факторов, чем предшествующая ей модель Форрестера «Мир-2». Созданная модель «Мир-3» структурно разбита на пять блоков: 1) народонаселение, 2) промышленность, 3) сельское хозяйство, 4) невозобновимые природные ресурсы, 5) загрязнение окружающей среды.

Население в модели представлено четырьмя возрастными группами. Промышленность описывается одноотраслевой моделью, где учитываются затраты на добычу сырьевых ресурсов и наличие (или отсутствие) рабочей силы. Блок модели «Сельское хозяйство» учитывает целый ряд факторов: освоение новых земель, эрозия и плодородие почвы, влияние механизации и внесения удобрений на урожайность земли. Добыча невозобновимых природных ресурсов рассматривается как функция, зависящая от численности населения и уровня индустриализации. В модели группы Медоуза введена гипотеза об уменьшении запасов ресурсов с учетом затрат на их добычу. Отходы промышленности и сельского хозяйства составляют пятую переменную (блок модели) - загрязнение окружающей среды.

За начальный момент времени в моделях «Мир-2» и «Мир-3» был выбран 1900 г. Модельные расчеты в обеих моделях сделаны до 2100 г.

Следует сразу же отметить, что модель «Мир-3», также как и модель «Мир-2» сильно агрегирована. Модель не предназначена для точных прогнозов во времени такой сложной динамической системы. Подобную задачу авторы перед собой и не ставили. Созданная модель выполнила возложенную на нее задачу - оценить общую тенденцию

- 87 -

взаимоотношений во времени и пространстве человека и биосферы. Проведенные расчеты показали, что к определенному моменту времени наступает кризис во взаимоотношениях человека со средой даже при различных начальных и внешних условиях. В одном из многочисленных сценариев было предположено удвоение существующих запасов минеральных ресурсов. Результаты расчета показали, что кризис, выражающийся в резком уменьшении численности населения, наступает в середине XXI века.

Авторами модели «Мир-3» были сделаны предположения о возможности избежать кризисной ситуации. Для этого нужно:

1)стабилизировать на определенном уровне численность населения земного шара,

2)прекратить рост промышленного производства с

1990 г.,

3)уменьшить потребности ресурсов на душу населения до 1/8 уровня 1970 г.,

4)уменьшить интенсивность загрязнения отходами промышленности и сельского хозяйства в 4 раза по отношению к 197 г.,

5)увеличить время жизни промышленного и сервисного капитала в 1,5 раза.

По мнению авторов модели, указанные ограничения и соответствующее управление ситуацией на основе этих ограничений создадут глобальное равновесие системы и, тем самым, спасут человечество от кризиса. Однако следует иметь в виду, что данная ситуация не является равновесной (также как и в модели Форрестера), так как человечество использует невозобновляемые природные ресурсы. В научной литературе подход группы Медоуза получил название «модель нулевого роста».

Подводя итоги, можно сказать, что авторы моделей «Мир-2» и «Мир-3» проведя расчеты, в которых используются осредненные в мировом масштабе разные характеристики, пришли к выводу: если тенденции и характер общественного развития сохранятся, то через 50 - 70 лет население планеты,

-88 -

достигнув численности около 6,5 млрд. человек, начнет вымирать от нехватки продовольствия, природных ресурсов и от чрезмерного загрязнения природной среды. По мнению авторов моделей для предотвращения катастрофы необходимо перейти к состоянию «глобального равновесия», т. е. выполнить указанные выше условия. Проведенное исследование интернациональной группой под руководством Д. Медоуза и сделанный ими доклад получил название как «первый доклад, сделанный под эгидой Римского клуба».

Как уже говорилось, математические модели «Мир-2» и «Мир-3», а правильнее сказать, выводы, полученные из этих моделей, встряхнули общественное мнение. Появилась критика (во многом доброжелательная) этих моделей. Появились исследования мировых процессов других авторов, каждый из которых вносил что – то новое по сравнению с предыдущими авторами в методологию построения модели и изучении динамических процессов глобального уровня.

Исследования были продолжены под руководством М. Месаровича (США) и Э. Пестеля (ФРГ) в совместном проекте «Стратегия выживания» (немецкий вариант) или «Человечество у поворотного пункта» (американский вариант). Данный доклад известен как второй доклад, сделанный под эгидой Римского клуба.

Созданию модели предшествовала работа соавторов по выработке «концептуальных основ» моделирования мирового развития.

Несколько слов об авторах проекта: М Месарович - специалист в области многоуровневых иерархических систем (известна его книга, переведенная на русский язык «Теория иерархических многоуровневых систем, 1973»), Э. Пестель - специалист в области управления сложными системами . По их мнению, в основе модели «Мир-3» лежат «механистические» принципы, что, по мнению авторов, не совсем верно, так как следует применять принципы «кибернетические». Совместно они предложили «кибернетическую» модель мира.

Методологически модель, созданная М. Месаровичем и Э. Пестелем отличалась от моделей «Мир – 2» и «Мир – 3». Различие моделей можно увидеть, проанализировав три

- 89 -

основные гипотезы, которые были выдвинуты М. Месаровичем

иЭ. Пестелем для построения модели.

1.Мир в целом неоднороден. Если у Форрестера и группы Медоуза весь мир – это точка (т.е. считается, что все динамические процессы во всех регионах одинаковы), то в модели М. Месаровича и Э. Пестеля мир разбит на регионы, которые взаимодействуют друг с другом. Регионы отличны друг от друга по многим параметрам, которые включают: численность населения, запасы природных ресурсов, степень загрязненности окружающей среды, уровень производства.

2.Так как глобальная система иерархична, то идеи теории многоуровневых иерархических систем должны быть использованы как для изучения сложных процессов взаимодействия регионов, так и для оценки последствий взаимодействия человека с окружающей средой.

3.По мнению авторов в модель должно быть введено управление системой. Последнее может осуществляться модельно различными способами. Авторы предложили осуществлять управление на диалоге человека с ЭВМ. Выяснив с помощью модели «узкие места» в развитии общества, нужно управлять мировой системой так, чтобы обойти эти «узкие места».

Рассмотрим более конкретно гипотезы, заложенные в модели Месаровича – Пестеля.

Весь мир поделен на 10 регионов: 1. Северная Америка, 2. Западная Европа, 3. Япония, 4. Австралия и Южная Америка. 5. СССР и страны Восточной Европы, 6. Латинская Америка, 7. Ближний Восток и Северная Африка, 8. Остальная часть Африки, 9. Юго – Восточная Азия, 10. Китай.

Каждый регион имеет одинаковую структуру моделей. Различие в том, что каждый регион имеет различные значения параметров, описывающих динамику региона. Регионы не изолированы, а связаны друг с другом миграцией населения, импортом, экспортом различных продуктов.

Каждый регион включает блоки: демографический, экономический, энергетический, производство продуктов питания. Кроме того, авторы специально ввели и анализировали блок «Нефтяные ресурсы».

-90 -