Прогнозирование и моделирование в экологии

В экологии при изучении природных систем, процессов и явлений широкое распространение получили экологическое прогнозирование и моделирование.

Экологическое прогнозирование – это предсказание возможного поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них деятельности человека.

Различают два типа экологических прогнозов: поисковый, при котором проводится определение возможных состояний объектов или явлений в будущем при условии сохранения существующих тенденций; нормативный, при котором осуществляется прогнозирование достижения желательных состояний объектов на основе заранее заданных норм и целей.

В основе экологического прогнозирования лежат три источника информации о будущем: 1) оценка будущего состояния прогнозируемого явления или системы на основе опыта, аналогии с известными явлениями и процессами; 2) условное продолжение в будущем тенденций, закономерностей, которые выявлены в прошлом и хорошо известны в настоящем; 3) модель будущего состояния явления или системы, которая построена на основе скрытых закономерностей и имеющихся данных.

Указанные источники информации определяют три способа прогнозирования: 1) экспертные оценки, 2) экстраполирование и интраполирование, 3) моделирование.

Экспертный способ прогнозирования основан на логическом моделировании, проводимом группой экспертов независимо друг от друга, затем сближающих свои позиции на основе специальной математической обработки результатов их прогнозов. На основе этого метода составляются прогнозы региональных изменений природной среды, развития определённых направлений науки, прогнозы изменения климата, демографической ситуации на планете и др.

Методы экстраполяции дают возможность оценить будущее состояние природной экосистемы по результатам наблюдений её прошлых и настоящих состояний, при этом используются вероятностные законы изменения её характеристик.

Трудность в сборе и последующей систематизации полной информации о той или иной природной системе и о степени воздействия на неё хозяйственных объектов вызывает необходимость исследовать процессы и явления на специально созданных искусственных моделях. Метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путём их упрощённого имитирования называется моделированием.

По сравнению с оригиналом модель упрощена, но она должна отражать определённые его свойства. По способу построения все модели делят на две группы: материальные и идеальные.

Материальные модели используются при проектировании крупных предприятий, например, таких, как строительство ГЭС, связанных с преобразованием природы. Вначале строятся в лабораториях уменьшенные модели сооружений, на них исследуются процессы, происходящие при заранее запрограммированных воздействиях. Материальные модели используются обычно в технических целях и мало подходят для решения экологических проблем. Поэтому всё большее значение в экологии приобретают идеальные модели: математические, графические, имитационные, концептуальные.

Графические модели представляют собой блоковые схемы или раскрывают зависимость между процессами в виде графика, таблицы.

Концептуальные модели представляют собой блоковые схемы воздействия тех или иных подсистем и процессов в пределах более широких систем. Примером их могут быть схемы круговорота веществ, биогеоценоза и др.

Суть математического моделирования заключается в том, что с помощью математических символов строится абстрактное упрощённое подобие изучаемой системы. Далее, меняя значения отдельных параметров, исследуют, как поведёт себя данная искусственная система. При помощи математических моделей описываются и проверяются разные варианты динамики численности популяций, продукционные процессы в экосистемах и др.

Математические модели, строящиеся с применением ЭВМ, называют кибернетическими. Моделирование на вычислительных машинах помогает совершенствованию системы сбора исходных данных и расширяет возможности в поиске стратегий управления биологическими системами. Математические модели являются неполным абстрактным отображением реального мира. При отсутствии реальных моделей математический подход является весьма отвлечённым, но при его исключении бывает трудно уловить общий смысл реальной модели. Поэтому в исследовании экологических проблем и управлении качеством окружающей природной среды материальные модели и идеальные используются параллельно, дополняя друг друга.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова структура государственных органов охраны окружающей природной среды в России? Назовите органы общей и специальной компетенции и выполняемые ими функции.

2. Что такое экологический мониторинг? Перечислите виды мониторинга и дайте их краткую характеристику. Укажите, какое ведомство осуществляет мониторинг загрязнения ОПС.

3. Дайте определение понятия «экологическая экспертиза». Назовите её принципы и объекты.

4. Что такое экологический контроль? Охарактеризуйте формы и виды экологического контроля.

5. Какова роль и значение общественного экологического контроля? Назовите наиболее массовые общественные экологические организации России.

6. Какова роль экологического прогнозирования и моделирования в решении экологических проблем? Охарактеризуйте основные способы прогнозирования и виды моделирования, применяемые в исследовании экологических проблем и управлении качеством окружающей природной среды.