Моделирование как метод получения мониторинговой информации

Пока антропогенное влияние на природную среду носило в основном локальный характер его оценка и прогноз могли быть получены с использованием методов импактного мониторинга. Однако по мере распространения антропогенного влияния на региональный и глобальный уровень, локальных (фрагментарных) наблюдений оказалось недостаточно, поскольку выявить эффект техногенеза более крупного масштаба по этим данным не представляется возможным. В то же время экспериментировать с биосферой, меняя тем или иным образом условия ее функционирования, на региональном и тем более на глобальном уровне человек не может, так как это слишком большой риск. В этой ситуации наиболее перспективным путем решения проблемы прогнозирования и поиска путей преодоления опасных тенденций развития биосферы является математическое моделирование процессов, протекающих в биосфере.

Существует множество математических моделей для описания процессов протекающих в биосфере. В экологии наиболее часто используются следующие группы моделей: дескриптивные, оптимизационные, имитационные.

Дескриптивные модели предназначены для описания различных процессов. Например, такие модели позволяют определить численность популяции животных через определенное время, или дают возможность предсказать, как при том или ином мероприятии будет меняться ход эпидемии, то есть, как будет меняться число заболевших и т.д.

В случае, когда необходимо принятие решений по управлению процессом, дескриптивных моделей оказывается недостаточно. Тогда используются оптимизационные модели, поскольку они позволяют не только описывать происходящие процессы, а также управлять процессом. Часто оптимизационное моделирование применяется при разработке эколого-экономических моделей, поскольку они позволяют выбрать оптимальную политику хозяйствования. Например, размещение предприятий при отраслевом или территориальном планировании с учетом их сырьевых возможностей, укрупнении предприятий, управлении запасами, рациональном природопользовании и др.

Имитационные модели предназначаются для «проигрывания» возможных вариантов поведения (смены состояний) природных систем под влиянием изменения внешних факторов. Они позволяют логически увязать эмпирические знания о различных процессах, протекающих в природных системах, и на основе машинного (ЭВМ) эксперимента получить непротиворечивые количественные данные об их изменениях во времени и пространстве. Имитационные модели используются: а) как средство изучения систем, выявления и анализа закономерностей их функционирования; б) для получения количественной оценки происшедших изменений природных объектов; в) как средство прогнозирования поведения систем под влиянием предполагаемых внешних факторов.

Первая попытка математического моделирования глобальных экологических процессов была предпринята в 1971 году американским исследователем Дж. Форрестером. Его модель содержала два экологических параметра: загрязненность среды и численность населения. Последующие модели были значительно детализированы и учитывали региональные различия, ограничения в использовании природных ресурсов, пределы роста населения и другие факторы. В настоящее время разработана серия моделей глобальных процессов [13, 16].

1. Модель гидросферы - это модель круговорота воды в биосфере. В ней выделяются четыре зоны циркуляции: экваториальная, субтропическая, умеренных широт и полярная. Учитывается динамика водообмена между океанами, а также тенденции в использовании водных ресурсов на хозяйственные нужды;

2. Модели климата. Модели потепления климата (парниковый эффект), и охлаждения климата (за счет аэрозолей и пыли);

3. Модель биогеоценотических процессов. Центральное место в данной модели занимает продукция растительных организмов (фотосинтез, дыхание, рост и отмирание);

4. Глобальная модель. Базовыми блоками являются блоки климата и гидросферы, так как через их компоненты осуществляется основная циркуляция вещества и энергии.

В нашей стране известны региональные имитационные модели природно-хозяйственного комплекса бассейна Азовского моря (Горстко, 1976), природно-хояйственной системы бассейна р.Преголи (Сергин, Зотов, 1988; Зотов, 1993), серия моделей глобальных процессов в биосфере (Крапивин и др., 1982) и другие [11, 17].

Спектр применения математических моделей в экологии весьма широк - от исследования циркуляции загрязняющих веществ в геофизических природных средах до изучения накопления поллютантов в экосистемах. Эти разработки, несмотря на определенную схематичность и недостаточный учет пространственной дифференциации природной среды, могут быть использованы для получения оценочной и прогнозной информации в целях предотвращения негативных последствий антропогенного воздействия на природную среду.

Дата добавления: 2014-01-04