Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Применение системного анализа в экологии

Читайте также:
  1. I)Однофакторный дисперсионный анализ (выполняется с применением программы «Однофакторный дисперсионный анализ» надстройки «Анализ данных» пакета Microsoft Excel).
  2. II. Сфера действий правил и их применение
  3. III. Процедурные методы анализа
  4. lt;question>Раздел экологии, изучающий сообщества
  5. OLAP-технологии анализа и прогнозирования деловой ситуации
  6. V1: Основы экологии и географии растений
  7. XIII. Церковь и проблемы экологии
  8. Аварии на коммунально-энергетических сетях(водоснабжение, канализация, газо-электро-теплоснабжение).
  9. Автоматизация анализа генераторных устройств.
  10. Анализ влияния факторов на результаты работы предприятия на основе корреляционно-регрессионного анализа.

Поскольку системный анализ представляет собой скорее способ мышления, нежели определенный набор рецептов, приведенный выше перечень должен рассматриваться только как руководство к действию. При решении конкретных задач некоторые этапы могут быть исключены или изменен порядок их следования, иногда придется повторить эти этапы в различных комбинациях. Например, может оказаться необходимым пересмотреть роль исключенных из рассмотрения факторов, что потребует пройти несколько раз стадии моделирования и оценки возможных стратегий. Аналогичным образом может проверяться адекватность целевой структуры исследования, для чего придется время от времени возвращаться к одному из ранних этапов даже после выполнения значительной части работы на более поздних этапах анализа. Самые плодотворные модели будут «копировать» реальную ситуацию с той точностью, которая позволит получить спектр решений и удовлетворит широкий круг людей, принимающих решения.

Стадия принятия решения, таким образом, не всегда бывает четко определена, окончательное решение может приниматься уже после завершения формального научного исследования.

 

Цель описанного выше многоэтапного системного анализа состоит в том, чтобы помочь выбрать правильную стратегию при решении практических задач, в данном случае в области экологии. Структура этого анализа направлена на то, чтобы сосредоточить главные усилия на сложных и, как правило, крупномасштабных проблемах, не поддающихся решению более простыми методами исследования, например наблюдением и прямым экспериментированием. Из-за сложности проблем, для решения которых применяется системный анализ, предполагается использование ЭВМ для обработки и анализа данных, моделирования и выбора альтернативных решений. Однако ни использование ЭВМ, ни привлечение математического аппарата не является основной особенностью системного анализа как такового.

 

Основной вклад системного анализа в решение различных проблем обусловлен тем, что он позволяет выявить те факторы и взаимосвязи, которые впоследствии могут оказаться весьма существенными, что он дает возможность так изменять методику наблюдений и эксперимент, чтобы включить эти факторы в рассмотрение, и освещает слабые места гипотез и допущений. Как научный метод системный анализ с его акцентом на проверку гипотез через эксперименты и строгие выборочные процедуры создает мощные инструменты познания физического мира и объединяет эти инструменты в систему гибкого, но строгого исследования сложных явлений. Успехов в его приложении к практическим задачам чаще всего удается достичь небольшим группам ученых, работающих в одном институте и занимающихся четко очерченной и достаточно узкой проблемой.

 

Определив в общих чертах, что такое системный анализ, выясним, почему мы вынуждены использовать его в экологии. Отчасти дело здесь в относительной сложности экологии как науки, имеющей дело с разнообразными взаимодействиями между огромным количеством организмов. Почти все эти взаимодействия динамические в том смысле, что они зависят от времени и постоянно изменяются. Более того, взаимодействия часто имеют ту особенность, которую в технике называют обратной связью, т.е. характеризуются тем, что некоторые эффекты процесса возвращаются к своему источнику или к предыдущей стадии, в результате чего эти эффекты усиливаются или видоизменяются. Обратные связи бывают положительными (усиление эффекта) и отрицательными (ослабление эффекта). Сама обратная связь может быть достаточно сложной, включая в себя ряд положительных и отрицательных эффектов, а последствия могут зависеть от факторов внешней среды. Примером может служить кривая Рикера (1979) между родительским стадом и пополнением молодью, которая используется во многих моделях водных экосистем.

 

Сложность экосистем, однако, не ограничивается наличием разнообразных взаимодействий между организмами. Живые организмы сами изменчивы – это одна из важнейших их особенностей. Эта изменчивость может проявляться либо при взаимодействии организмов друг с другом (например, в процессе конкуренции или хищничества), либо в реакции организмов (коллективной или индивидуальной) на условия окружающей среды.

 

Она может заключаться в изменении скорости роста и воспроизводства или даже в различной способности к выживанию в сильно различающихся условиях. Когда к этому добавляются происходящие независимо изменения таких факторов среды, как климат и характер местообитания, исследование и регулирование экологических процессов и экологических систем превращаются в трудную задачу. В результате анализ даже относительно неизменной экологической системы весьма сложен. Традиционная стратегия эколога в таких условиях состоит обычно в том, что он обращает свое внимание на малые подмножества реальной проблемы. Так, многие исследователи ограничивались анализом поведения отдельных организмов в относительно простых местообитаниях, либо конкуренции между двумя или тремя видами. Особенно популярный тип исследований – это анализ отношений между одним хищником и одной жертвой. Везде была задача упростить исследования, чтобы можно было использовать методы, исключая потенциальные источники изменчивости. Но даже после этого взаимоотношения между рассматриваемыми организмами оставались достаточно трудными для моделирования и анализа.

 

Когда в экологическом исследовании рассматриваются эффекты намеренного воздействия на экологические системы, тем самым вводится еще одно измерение изменчивости и взаимодействия. Например, в принципиальных вопросах прикладной экологии лесоводства и земледелия или рыболовства для некоторого упрощения обычно рассматривают поведение лишь одной культуры, вида, однако подобные исследования почти ничего не говорят нам о том, как будет вести себя система как целое в ответ на изменения, вызванные хозяйственной деятельностью человека. В частности, влияние данной культуры на почву и на другие виды, входящие в состав той экосистемы, в пределах которой произрастает данная культура, изучается довольно редко в основном из-за трудностей проведения экспериментов, которые нужно поставить, чтобы проверить правильность гипотез необходимой степени сложности. Еще труднее распространить идеи комплексного подхода на экологические эффекты, возникающие, например, при землепользовании или эксплуатации морских экосистем, где рассматривается несколько альтернативных стратегий развития и управления биосистемой и средой.

 

По всем этим причинам, т.е. из-за внутренней сложности экологических взаимосвязей, характерной для живых организмов изменчивости и очевидной непредсказуемости результатов постоянных воздействий на экосистемы со стороны человека, экологу необходимо упорядочить и логически организовать свои исследования, которые уже выходят за рамки последовательной проверки гипотез. Прикладной системный анализ дает возможную схему такой организации – схему, в которой экспериментирование является составной частью процесса моделирования системы, так что сложность и изменчивость сохраняются в той форме, в которой они поддаются анализу. Специалисты по системному анализу не объявляют свой подход к решению сложных проблем единственно возможным, но считают, что это самый эффективный подход. Если бы был иной, они бы им воспользовались.

 

Есть, однако, и еще одно основание для применения системного анализа в экологии. По самой своей природе экологическое исследование часто требует больших масштабов времени. Например, исследования в области земледелия, садоводства или рыболовства связаны с определением урожайности, а урожай собирается раз в год, так что один цикл эксперимента занимает один год и более. Для лососевых хозяйств цикл горбуши – два года, кеты – 4–5 лет. Чтобы найти оптимальное количество удобрений и провести другие возможные мероприятия по окультуриванию, может понадобиться несколько лет, особенно когда рассматривается взаимосвязь с погодой. В лесоводстве из-за длительного круговорота урожаев древесины самый непродолжительный эксперимент занимает 25 лет, а долговременные эксперименты могут длиться от 40 до 120 лет. Аналогичные масштабы времени часто необходимы и для проведения исследований по управлению природными ресурсами. Все это требует извлекать максимальную пользу из каждой стадии экспериментирования, и именно системный анализ позволяет построить нужную схему эксперимента.

 

Современное состояние экологии как науки с ее крайней рассредоточенностью научных усилий настоятельно требует введения некоей объединяющей концепции (теории, как правило несовместимы, не изучена правомочность допущений и т.д.). В данном случае системный анализ можно рассматривать как альтернативные гипотезы, при этом сам системный анализ часто будет подсказывать, какие контрольные эксперименты необходимо провести, чтобы сделать выбор.

Наконец нам нужно внимательно рассмотреть природу тех моделей, которые мы собираемся строить для описания экологических отношений. Обычно мы не осознаем, как велика роль функциональных моделей физики и техники в формировании наших представлений о взаимосвязях различных физических явлений.

 

На самом деле многие семейства моделей, которые применяются в системном анализе экологических систем, являются моделями функционального и детерминистского типа, полученными из причинно-следственных отношений физики, а математический аппарат, используемый для описания этих моделей, есть не что иное, как традиционная прикладная математика, которая, строго говоря, является математикой, примененной к физике.

 

Однако не все экологические отношения являются отношениями такого типа. Из-за изменчивости организмов и местообитаний, взаимоотношений животных трудно применять методы прямого исследования и экспериментирования, и необходим более сложный математический аппарат стохастических и вероятностных связей, чтобы моделировать изменчивость биологических процессов и связи между переменными, которые зависят от ряда независимых факторов (температуры, кислорода, солености, влаги для почвы и т.д.).

 

Попытки использования системного анализа вначале были сделаны волевым решением. По Международной экологической программе исследовали циклы питательных веществ и разлогателей. Исследование циклов питательных веществ и разлогателей в экосистемах далеко не просто. Прямой анализ процессов, составляющих эти циклы, затруднен сложностью самих циклов – одновременное определение включенных в анализ параметров может оказаться даже невозможным без некоего искажения этих процессов, особенно если учесть, что для обнаружения сезонных и периодических изменений необходим большой промежуток времени. Тем не менее, при работе в рамках МЭП с помощью системного анализа был достигнут значительный прогресс в синтезе моделей циклов питательных веществ и разлогателей для конкретных биомов. Многие из этих моделей были первоначально построены на основе данных, собранных ранее, а прямая имитация процессов выявила необходимость проведения критических тестов, т.е. вела к дальнейшему сбору данных и моделированию.

 

 

В землепользовании синтез экологических моделей, построенных по ранее собранным данным, и последующие эксперименты позволили предсказать результаты изменений в управлении и определить стратегии землепользования. Такое моделирование имеет одну особенность – нет необходимости в построении подробных моделей. Нужнее оказались сравнительно простые модели, способные отразить потенциальный конфликт между стратегиями землепользования. Отыскание компромисса между сложностью и простотой при выборе подсистем и видов, учитываемых в модели, – это одна из самых трудных задач, с которыми специалист по системному анализу сталкивается в любой практической ситуации. Как уже отмечалось выше, ему вряд ли удастся с первого раза сформулировать модель и ограничить степень ее сложности.

 




Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 34 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав