Засновником глобального екологічного моделювання з імітацією процесів на ЕОМ був американський вчений Джей Форрестер

Q = Е = ΔU + А

3. Методи екологічних досліджень.

Екологія – це комплексна наука. Вона використовує цілий арсенал методів, які можна умовно поділити на три групи:

l Методи, за допомогою яких збирається інформація про стан екологічних об’єктів: рослин, тварин, мікроорганізмів, біосфери, екосистеми;

l Методи обробки отриманої інформації, згортання, стиснення та узагальнення;

l Методи інтерпретації фактичних матеріалів.

1. Будь-яке екологічне дослідження починається зі спостережень, відмінною рисою яких є невтручання спостерігача в процеси, що відбуваються. Такі спостереження можуть здійснюватися як неозброєним оком, що було характерно для екології І половини ХХ століття, так і з використанням сучасних приладів та технічних засобів (мікроскопи, кіно- та фотоприлади). Це вже, начебто, і не спостереження, а отримання інформації про стан об’єктів.

Для сучасної екології він залишається одним із основних методів.

Він бере свій початок від мальовничих описів Ч.Дарвіна, А.Гумбольдта, А.Уоллеса в першій половині ХІХ ст. І продовжується до сьогодні, включає сучасні комп’ютерні бази даних (видового складу, параметрів середовища тих чи інших екосистем).

Особливістю сучасних досліджень є їх комплексність та довгостроковість. (Для цього в ділянці екосистеми організовують спеціальні стаціонари).

2. Окрім комплексних спостережень в стаціонарах може проводитись моніторинг екосистеми та біосфери в цілому. Так, серією стаціонарів було організовано глобальний моніторинг концентрації СО₂ в атмосфері. За допомогою літаків, супутників, спеціальних ракет проводиться моніторинг стану озонового шару планети.

Моніторинг – комплексна науково-інформаційна система спостережень, оцінок, та прогнозів стану навколишнього середовища та живих організмів.

Включає в себе 3 основні види діяльності:

· Спостереження та контроль – систематичне спостереження за станом навколишнього середовища;

· Прогноз – визначення можливих змін у природі під впливом природних та антропогенних чинників;

· Керування – заходи щодо регулювання стану навколишнього середовища.

Одним із найефективніших методів є космічний моніторинг.

3. Методи експерименту. Суть полягає в тому, що до екосистеми вноситься зміна (свідомо) і через деякий час зіставляють результати спостережень на контрольній та експериментальній ділянках екосистеми. Це однофакторний експеримент. Для екології вони малопридатні). Тут більш придатні багатофакторн і експерименти, де змінюється значення багатьох факторів одночасно, а стан екосистеми в кінці оцінюється за багатьма її параметрами.

Екологія широко використовує результати стихійних експериментів, що їх ставить сама природа або вони є наслідком діяльності людини.

Наприклад: винищення всього живого на ряді островів Південно-Східної Азії, спричинене виверженням вулкану Кракатау, Чорнобиль, радіоактивні вибухи на Уралі (поч.50-х років ХХст.)

4. В результаті спостережень та експериментів у розпорядженні еколога накопичується сукупність наукових фактів, які являються науковими тільки тоді, коли їх можна відтворити – тобто, багаторазове повторювання дає аналогічні результати.

5. Результати таких відтворюваних експериментів обробляються статистично і оцінюється статистична достовірність результатів.

4. Моделювання в екології. (один із методів)

У зв’язку із складністю екологічних систем щодо їх вивчення часто використовують моделювання.

· Як модель може виступати матеріальна копія екологічного об’єкта, звичайно, до певної міри спрощена. (Пригадуємо, що об’єктом екології є екосистема).

Наприклад: акваріум – модель ставка.

Реальні екосистеми – багатовидові комплексні об’єкти. Отримання результатів вимагає багато часу, оскільки тривалість будь-якого процесу в моделі і в реальному середовищі = 1: 1

· Інший клас матеріальних моделей складають реальні об’єкти природи, спеціально виділені для спостереження (вивчення) у природному середовищі. У цьому випадку ми говоримо про „модель особини” або „модель популяції” тощо.

· Найширше в екології використовують абстрактні моделі – абстрактні описи того чи іншого об’єкту чи явища реального світу, що дозволяє аналізувати його властивості. Їх особливості:

· Порівняно прості і недорогі;

· Головна вимога до них – точність та достатня узагальненість (що залежить від кількості вибраних для її конструювання елементів та параметрів системи). Занадто велика кількість компонентів робить „шум”, тобто ускладнює аналіз, коли компонентів мало – модель виходить далека від реальності.

Співвідношення між компонентами і процесами можуть бути представлені математичними формулами. Сьогодні розрахунки змін робить комп’ютер.

Абстрактні моделі в залежності від апарату дослідження підрозділяються на:

· Вербальні – суто словесні описи елементів та процесів екосистем;

· Графічні – схематичні зображення компонентів системи та зв’язків між ними;

· Математичні – описують екосистему у вигляді математичних виразів (одного чи кількох).

Приклад:

Найбільш цікаві моделі глобального розвитку з’явились в результаті організації так званого „Римського клубу”. Ініціатор – італійський економіст Ауреліо Печчеї.

Першим звітом „Римському клубу” стала робота „Пределы роста”(1977) Денніса Меддоуза. З того часу було створено бідя двадцяти наукових звітів.

Серед останніх – робота С.Хантінгтона „Зіткнення цивілізацій”(1994), у якій стверджується, що майбутні світові конфлікти будуть визначатись не економікою чи ідеологією, а сферою культури, протиріччями цивілізації.

5. Принцип системності.

Є провідним у вивченні екології.

Це загальнонауковий філософський принцип, в основі якого лежить поняття про систему.

Один із засновників теорії систем є Л.Берталанфі (1973), він визначив систему як цілісну сукупність елементів, що знаходяться у взаємозв’язку таким чином, що їх незалежне існування неможливе.

Принцип системності перекочував з кібернетики, системотехніки, системного аналізу до природничих наук і виявився ефективним при вивченні біологічних та екосистем.

Г.Форстер (1965) зауважував, що у фізичних систем збільшення її складності робить систему менш стійкою

У біолого-екологічних систем – навпаки. Тут стійкість та надійність зростають із збільшенням складності системи.

Методологічною основою системного підходу в екології є 3 головні положення:

1. Будь-яка екосистема (від організму до біосфери) являє собою внутрішньо погоджену, організовану цілісність, що функціонує як єдине ціле за рахунок взаємодії компонентів цієї системи.

Системи можуть бути досить крихкими або стійкими, але цілісність залишається фундаментальною властивістю всіх систем.

2. Біологічні та екологічні системи динамічні, вони змінюються в тій чи іншій амплітуді, зберігаючи свою цілісність.

3. Системи природи, що нас оточує, мають здатність до розвитку, самоорганізації та ускладнення.

Барталанфі одним із перших поклав в основу класифікації систем поняття їх ієрархічного порядку.

Наприклад: поле –– плазма –– елементарні частинки –– атоми –– молекули –– міцели –– клітини –– органи –– організми.

Поділ систем:

1. Відкриті системи, що обмінюються з навколишнім середовищем речовиною та енергією.

2. Закриті – тільки енергією.

3. Ізольовані – повністю ізольовані від середовища.

Екологія має справу тільки з відкритими системами. Такі системи не мають жорсткої детермінованості структури та функціонування, але рівень цілісності зберігається.

Відкриті системи мають внутрішню та зовнішню структуру системи.

· Внутрішня – це система елементів немов би сама в собі.

· Зовнішня – її зв’язки з елементами, що забезпечують її цілісність та функціонування.

Дата добавления: 2013-12-14