Головна

У вирішенні екологічних проблем

  1. I. Вступ до проблеми: лінгвістичний і семіотичний підхід в семантиці
  2. I. Різноманіття характеристик гри. Проблеми вихідного визначення
  3. I. ПРОБЛЕМА специфічність СИНДРОМУ
  4. II. ЗНАЧЕННЯ ХРОНОГЕННИХ ФАКТОРІВ В ПРОБЛЕМИ ПСИХІАТРИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ
  5. IV. Організація методологічної роботи та проблеми побудови системного підходу
  6. VIII. Рефлексія і її проблеми
  7. Адаптація людини в різних екологічних нішах Землі

Надорганізменну системи (популяції, біоценози, екосистеми, біосфера), що вивчаються екологією, надзвичайно складні. У них виникає велика кількість взаємозв'язків, сила і сталість яких безперервно змінюються. Одні і ті ж зовнішні впливи нерідко призводять до різних, а іноді і до протилежних результатів. Це залежить від стану, в якому перебувала система в момент впливу. На дію конкретних чинників передбачити відповідні реакції системи можна тільки через складний аналіз існуючих в ній кількісних взаємин і закономірностей. Тому широке поширення в екології отримало моделювання, особливо при вивченні і прогнозуванні природних процесів.

термін "Модель-" має цілий ряд смислових значень:

1) фізична (матеріально-натуральне) або знакова (математичне, логічне) подобу (зазвичай спрощене) реального об'єкта, явища або процесу; 2) зменшену подобу реального об'єкта; відрізняють діючу модель і тільки імітує форму чогось (макет); 3) схема, зображення або опис якого-небудь явища або процесу в природі і суспільстві.

В екології під моделлю досить часто розуміється матеріальний чи подумки представлений об'єкт, який у процесі дослідження заміщає об'єкт-оригінал, і його безпосереднє вивчення дає нові знання про об'єкт-оригіналі. Модель неминуче спрощує дійсність і в той же час показує особливо яскраво елементи і зв'язку, що цікавлять ученого.

моделювання - метод дослідження складних об'єктів, явищ і процесів шляхом їх спрощеного імітування (натурного, математичного, логічного). Ґрунтується на теорії подібності (подібності) з об'єктом-аналогом.

Вимоги, що пред'являються до моделей. Найважливіші вимоги до будь-якої моделі - її подоба з модельований предметом і наявність наступних властивостей:

- Модель - це збільшене (клітка) або зменшене (глобус) подобу об'єкта;

- Модель може сповільнити швидко протікають процеси або прискорити повільно протікають;

- Модель спрощує реальний процес, що дає можливість звернути увагу на головну сутність об'єкта.

Види моделей. Моделі прийнято ділити на дві групи: матеріальні (Предметні) і ідеальні (Уявні), рис. 21.3.

Мал. 21.3. види моделей

З матеріальних моделей найбільш широко поширені в природокористуванні фізичні моделі. Наприклад, при створенні великих проектів, таких, як будівництво ГЕС, пов'язаних зі змінами навколишнього природного середовища. Спочатку будуються зменшені моделі пристроїв і споруд, на яких досліджуються процеси, що відбуваються при заздалегідь запрограмованих впливах.

У другій половині XX в. серед видів моделей в екології все більшого значення набувають ідеальні: математичні, кібернетичні, імітаційні, графічні моделі.

Суть математичного моделювання полягає в тому, що за допомогою математичних символів будується абстрактне спрощене подобу, що вивчається. Далі, змінюючи значення окремих параметрів, досліджують, як поведе себе ця штучна система, т. Е. Як зміниться кінцевий результат.

Математичні моделі, що будуються із застосуванням ЕОМ, називають кібернетичними.

Дослідження, в яких ЕОМ грає важливу роль в самому процесі побудови моделі і проведення модельних експериментів, отримали назву імітаційного моделювання, а відповідні моделі - імітаційних.

графічні моделі представляють блокові схеми (рис. 21.4) або розкривають залежність між процесами у вигляді таблиці-графіка. Графічна модель дозволяє конструювати складні еко- і геосистеми.

Мал. 21.4. Блокова схема, на якій показані чотири

основні компоненти, що враховуються при моделюванні

екологічних систем (Ю. Одум, 1986):

Е - рушійна сила; Р - властивості; F - потоки; I - взаємодія

За охопленням території всі моделі можуть бути: локальними, регіональними і глобальними.

У побудові математичних моделей складних природних процесів виділяються наступні етапи.

1. Реальні явища, які планується змоделювати, повинні бути ретельно вивчені: виявлено основні компоненти і встановлені закони, що визначають характер взаємодії між ними. Якщо неясно, як пов'язані між собою реальні об'єкти, побудова адекватної моделі неможливо. На даному етапі потрібно сформулювати питання, на які відповідь повинна дати модель. Перш ніж будувати математичну модель природного явища, треба мати гіпотезу про його перебігу.

2. Розробляється математична теорія, що описує процеси, що вивчаються з необхідною діяльністю. На її основі будується модель у вигляді абстрактних взаємодій. Встановлені закони повинні бути одягнені в точну математичну форму. Конкретні моделі можуть бути надані в аналітичній формі (системою аналітичних рівнянь) або у вигляді логічної схеми машинної програми. Модель природного явища є строгий математичний вираз сформульованої гіпотези.

3. Перевірка моделі - розрахунок на основі моделі і звірення результатів з дійсністю. При цьому перевіряється правильність сформульованої гіпотези. При значному розходженні відомостей модель відкидають або вдосконалюють. При узгодженості результатів моделі використовують для прогнозу, вводячи в них різні вихідні параметри.

За Ю. Одуму (1986), моделювання зазвичай починають з побудови схеми або графічної моделі, часто представляє собою блок-схему (див. Рис. 21.4).

На рис. 21.4 буквами Р1 і Р2 позначені два властивості, які при взаємодії (I) дають якесь третє властивість Р3 (Або впливають на нього), коли система отримує енергію від джерела Е. Позначено також п'ять напрямків потоків речовини і енергії (F), з яких F1 - Вхід, a F6 - Вихід для системи в цілому. Звідси, в працюючої моделі екологічної ситуації є як мінімум чотири інгредієнти або компонента: 1) джерело енергії або інша зовнішня рушійна сила; 2) властивості, які системо-аналітики називають змінними станів; 3) напрямки потоків, зв'язують властивості між собою і з діючими силами через потоки енергії і речовини; 4) взаємодії або функції взаємодій там, де взаємодіють між собою сили і властивості, змінюючи, посилюючи або контролюючи переміщення речовин і енергії або створюючи якісно нові (емерджен-тні) властивості. Блок-схема на рис. 21.4 може служити моделлю лугопастбіщних екосистеми, в якій Р1 - Зелені рослини, здатні перетворювати сонячну енергію Е в їжу. В цьому випадку Р2 позначає рослиноїдна тварина, поїдає рослини, а Р3 - Всеїдна тварина, яке може харчуватися як рослиноїдних, так і рослинами. Взаємодія I може представляти кілька можливостей. Це може бути «випадковий» перемикач, якщо спостереження в реальному світі показали, що всеїдна тварина Р3 харчується Р1 і Р2 без розбору в залежності від їх доступності. I може також мати постійне процентне значення при виявленні, що раціон Р2 складається, наприклад, на 80% з рослинної і на 20% з тваринної їжі, незалежно від того, якими є запаси P1 і Р2? I може бути і «сезонним» перемикачем в тому випадку, коли Р ^ харчується рослинами в один сезон року і тваринами - в інший. Нарешті, I може бути пороговим перемикачем, якщо Р3 сильно віддає перевагу продукти рослинного походження і переключається на рослини тільки тоді, коли рівень Р2 падає нижче певного порогу.

Як наукової основи природокористування використовується модель геосистеми (Географічної системи). Ця модель застосовується в природокористуванні для прогнозування, а також з метою управління природокористуванням за допомогою впливу на один компонент для отримання позитивного ефекту від іншого.

Природна геосистема розглядається зазвичай як порівняно проста географічна модель, саморегулююча система. Її цілісність підтримується взаємозв'язком природних компонентів. У більш складні моделі в якості нового елемента вводиться людина (суспільство), рис. 21.5.

Мал. 21.5. Моделі різних видів геосистем - природного (А),

природно-технічної (Б), інтегральної (В)

Схематичні малюнки і відповідні їм графічні моделі справа показують збільшення числа елементів, що складають кожну геосистему, і зв'язків між ними: 1 - межа інтегральної геосистеми; 2 - межа природно-технічної геосистеми; 3 - межа природного геосистеми; 4 - природні компоненти, елементи; 5 - технічні елементи, підсистеми; 6 - населення; 7 - орган управління, який приймає і контролює рішення; 8 - зв'язку між компонентами, елементами, підсистемами; 9 - зв'язку на вході і виході систем

Людина здатна не тільки пристосовуватися до природного геосистеме, але і її перетворювати. Використання таких моделей є типовим при вивченні систем типу «людина - середовище». Використовуючи дані моделі, можна простежити ланцюжок: впливу на природний комплекс ® зміна комплексу ® наслідки зміни природи для людської діяльності ® зміна діяльності ® зміна її впливу на природу і т. Д.

В природно-технічних системах техніка і природа представлені як елементи однієї системи (рис. 21.5Б).

Підхід, в якому природа і техніка розглядаються як елементи однієї системи, безсумнівно, здатний поглибити уявлення про механізм взаємодії, виявити наслідки впливу техніки на природу. Тут уявлення про геосистеме як системі самокерованої відносно швидко змінюється на уявлення про неї як системі керованої.

Геосистема, що включає в якості своїх елементів населення і орган управління, який приймає і контролює рішення, називається інтегральної (Рис. 21.5В). Для раціонального природокористування це дуже важливо, тому що ставиться завдання вироблення системи заходів по збереженню цілісності геосистеми.




Середовище життя людини | потреби людини | Середовища на здоров'я людей | Число випадків на 100 тис. Осіб | Екологічний ризик | Людина-природа | Шляхи вирішення екологічних проблем | Нормативи охоронних зон природних об'єктів | Міжнародна співпраця | І просвіта |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати