Реферат : Моделирование биосферы 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Математика


Моделирование биосферы




МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕHHЫЙ ИHСТИТУТ

РАДИОТЕХHИКИ ЭЛЕКТРОHИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХHИЧЕСКИЙ УHИВЕРСИТЕТ)

РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИИ

на тему

ПРОГHОЗИРОВАHИЕ И МОДЕЛИРОВАHИЕ КАТАКЛИЗМОВ БИОСФЕРЫ

КАК СПОСОБ ВЫЖИВАHИЯ.

студент гpуппы МФ-2-94

Васильев Роман

Научный руководитель -

Мотузко Ф.Я.

МОСКВА

1996

О Г Л А В Л Е H И Е

1. Hаучное пpогнозиpование.............................................. 3

2. Глобальные пpогнозы 80-х............................................. 5

3. Компьютepное моделиpование........................................... 7

4. Заключение........................................................... 10

5. Использованная литеpатуpа............................................ 11

HАУЧHОЕ ПРОГHОЗИРОВАHИЕ.

Современный мир отличается необычайной сложностью и противоречивостью

событий, он пронизан противоборствующими тенденциями, полон сложнейших аль-

тернатив, тревог и надежд.

Конец XX века характеризуется мощным рывком в развитии научно-техни-

ческого прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим

взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды. Поистине

наша планета никогда ранее не подвергалась таким физическим и политическим

перегрузкам, какие она испытывает на рубеже XX - XXI веков. Человек никогда

ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед

мощью, которую сам же создал.

Что же несет нам век грядущий - новые проблемы или безоблачное буду-

щее? Каким будет человечество через 150, 200 лет? Сможет ли человек своим

разумом и волей спасти себя самого и нашу планету от нависших над ней много-

численных угроз?

Эти вопросы, несомненно, волнуют многих людей. Будущее биосферы стало

предметом пристального внимания представителей многих отраслей научного зна-

ния, что само по себе может быть достаточным основанием для выделения особой

группы проблем - философско-методологических проблем экологического прогно-

зирования. Следует подчеркнуть, что данный аспект является одной из "слабос-

тей молодой науки футурологии" в целом. Разработка этих проблем является од-

ним из важнейших требований развития человеческой культуры на современном

этапе развития человечества. Ученые согласились, что принятая политика по

принципу "реагировать и исправлять" бесплодна, повсеместно завела в тупик.

"Предвидеть и предотвращать - единственно реалистический подход". Исследова-

ние будущего поможет всем странам мира решить самый насущный вопрос: как на-

править огромную по своим масштабам циркуляцию природных сил и ресурсов по

пути, который будет полнее удовлетворять потребности людей и не нарушать при

этом экологические процессы?

Научное прогнозирование (в отличие от разнообразных форм ненаучного

предвидения) - это соответственно непрерывное, специальное, имеющее свою ме-

тодологию и технику исследование, проводимое в рамках управления, с целью

повышения уровня его обоснованности и эффективности.

Исследование будущего разделяется на два качественно различных на-

правления: поисковое ( исследовательское ) и нормативное прогнозирование.

Поисковое прогнозирование - это анализ перспектив развития существующих тен-

денций на определенный период и определение на этой основе вероятных состоя-

ний объектов управления в будущем при условии сохранения существующих тен-

денций в неизменном состоянии или проведения тех или иных мероприятий с по-

мощью управленческих воздействий. Нормативное прогнозирование (иногда его

называют "прогнозированием наоборот", т.к. в данном случае исследование идет

в обратном направлении: от будущего к настоящему) представляет собой попытку

рационально организованного анализа возможных путей достижения целей оптими-

зации управления. Этот вид прогнозов как бы отвечает на вопрос: "Что можно

или нужно сделать для того, чтобы достичь поставленных целей или решить при-

нятые задачи?". Предметом нормативного прогнозирования выступают субъектив-

ные факторы (идеи, гипотезы, предположения, этические нормы, социальные иде-

алы, целевые установки), которые, как показывает история, могут решающим об-

разом изменить характер протекающих процессов, а также стать причиной появ-

ления качественно новых, непредсказуемых феноменов действительности.

В исследовании различных аспектов взаимосвязи человека и биосферы

можно выделить ряд стадий: описание - исходный, эмпирический этап, отвечаю-

щий на вопрос "что происходит в окружающей среде и в самом человеке?";

объяснение - промежуточный, теоретический этап, отвечающий на вопрос "почему

это происходит?"; предвидение - завершающий, практически ориентированный

этап экологического исследования, который должен давать ответы на два (как

минимум) вопроса: "каким образом обнаруженные тенденции будут вести себя в

будущем?" и "что следует предпринять для того, чтобы предотвратить нежела-

тельные явления или, наоборот, способствовать реализации благоприятных воз-

можностей?".

ГЛОБАЛЬHЫЕ ПРОГHОЗЫ 80-Х.

К середине 1980-х годов имелось более 15 глобальных прогнозов, полу-

чивших название "моделей мира". Самые известные и, пожалуй, наиболее инте-

ресные из них - это "Мировая динамика" Дж. Форрестера, "Пределы роста"

Д. Медоуза с соавторами, "Человечество у поворотного пункта" М. Месаровича и

Э. Пестеля, "Латиноамериканская модель Баричоле" А. О. Эрреры, "Будущее ми-

ровой экономики" В. Леонтьева, "Мир в 2000 году. Доклад президенту" и дру-

гие. Основоположником и идейным отцом глобального прогнозирования на основе

системного анализа по праву считается американский ученый Д. Форрестер, не-

сомненной заслугой которого является попытка использовать математические ме-

тоды и ЭВМ для создания варианта модели экономического развития общества с

учетом двух важнейших факторов - численности населения и загрязнения среды.

Значение своей работы Дж. Форрестер видел в том, что она "будет содейство-

вать возникновению ощущения необходимости безотлагательного решения сущест-

вующих проблем и укажет на эффективное направление работы для тех, кто ре-

шится исследовать альтернативы будущего".

У Дж. Форрестера действительно оказались последователи. Появился пер-

вый глобальный прогноз Римского клуба под названием "Пределы роста", авторы

которого под руководством Д. Медоуза построили динамичную модель мира, куда

в качестве исходных данных включили население, капиталовложения (фонды),

земное пространство, загрязнение, использование природных ресурсов, посчитав

эти компоненты основными в динамике изменения мировой системы. Выводы авто-

ров сводились к следующему: если сохранятся существовавшие на конец 1960-х

годов тенденции и темпы развития экономики и роста народонаселения, то чело-

вечество неминуемо должно прийти к глобальной экологической катастрофе.

"Апокалипсис" предрекался примерно на 2100 год. А отсюда и рекомендации: не-

медленно свести к нулю рост народонаселения и производства. Однако эти пред-

ложения авторов модели нереальны, неприемлемы, да и просто утопичными, но

дали пищу для развития антинаучных и антигуманных теорий, способствовали

резкой вспышке всякого рода неомальтузианских и геополитических рассуждений,

уводящих от реальных путей преодоления экокризисных явлений.

Не случайно уже следующая модель М. Месаровича и Э. Пестеля - "Чело-

вечество у поворотного пункта" - была значительно более обоснованной. И дело

не только в том, что в ней комплексная взаимосвязь экономических, социальных

и политических процессов, состояние окружающей Среды и природных ресурсов

представлены как сложная многоуровенная иерархическая система. Авторы попы-

тались посмотреть на мир не как на нечто аморфно-целое, а как на систему от-

личающихся друг от друга, но взаимодействующих регионов. Выводы авторов этой

модели более оптимистичны, чем предыдущей. Однако "прогресс" Месаровича и

Пестеля можно свести к тому, что они, отвергая неизбежность "единой" гло-

бальной экологической катастрофы, будущее человечества видят в длительных,

разнообразных кризисах - экологических, энергетических, продовольственных,

сырьевых, демографических, могущих постепенно охватить всю планету, если об-

щество не примет их рекомендации перехода к "органическому росту" - сбалан-

сированному развитию всех частей планетарной системы. Но это также далеко от

реальностей, которыми полон современный мир.

КОМПЬЮТЕРHОЕ МОДЕЛИРОВАHИЕ.

Постепенно модели становились все более конкретными, а проблемы - бо-

лее цельными. К настоящему времени методологические принципы, техника, мето-

дика современного глобального прогнозирования неизмеримо усложнились по

сравнению с исторически первыми и простейшими методами оценки экологической

емкости Земли. В новых условиях обострившихся потребностей в нахождении эф-

фективных способов целенаправленного воздействия на процессы взаимодействия

человека и биосферы встают задачи разработки конкретных прогнозов будущего

человечества, формирования конкретных научно обоснованных представлений об

основных возможных тенденциях развития человечества на ближайшие 50 - 100

лет. Существенно то, что результаты такого прогнозирования спектра возмож-

ностей "должны быть сформулированы не только на языке теории, но и на языке

управленческой практики". Поэтому "насущная необходимость" в создании систе-

мы глобального прогнозирования с самого начала должна осмысливаться с учетом

мировой практики управления сверхсложными системами и соответственно в каче-

стве необходимости создания "человеко-машинной системы", т.е. автоматизиро-

ванной информационно-прогнозирующей системы. Основная задача автоматизиро-

ванного компьютерного прогнозирования взаимодействия человека и биосферы

состоит в том, чтобы обеспечить наиболее оптимальные условия объединения

усилий экологов, социологов, экономистов и других специалистов "для оценки и

выбора возможных вариантов международных решений" на междисциплинарном уров-

не. Известный кибернетик У. Р. Эшби писал: "Ценность системного подхода зак-

лючается в том, что он применим для анализа объектов особой сложности, пони-

мание которых с помощью традиционных методов исследования затруднено, а

иногда и невозможно. Системный подход, основанный на компьютерах, отвергает

смутные интуитивные идеи, извлекаемые из обращения с такими простыми систе-

мами, как будильник или велосипед, и дает нам надежду на создание эффектив-

ных методов для изучения систем чрезвычайной внутренней сложности и управле-

ния ими".

Само создание систем автоматизированного прогнозирования, отвечающих

современным требованиям методов управления, в свою очередь превратилось в

одну из важнейших научно-технических проблем, перспективы решения которой

непосредственно связаны с организацией междисциплинарных исследовательских

программ.

Острее всего необходимость приобретения "нового компаса для научного

познания", новых принципов организации научных исследований обнаружилась в

связи с прогнозированием социальных процессов. Сложность предметов исследо-

вания, а также условия функционирования в системе управления социальными

процессами, где требуются оперативность принятия решений, подлинная всесто-

ронность в учете значимых факторов, - все это не могло не стимулировать

продвижение науки в этой области на "порог эры человеческого новаторства".

Компьютеризация комплексного исследования взаимодействия человека и

биосферы - исторический рубеж, которого достигла наука за очень короткий ис-

торический промежуток времени на основе создания математических моделей жи-

вой природы. Экология уже оперирует не только простыми динамическими тео-

риями популяций, но и всеми средствами теории динамических систем (уравнения

в частных производных, в конечных разностях, интегральные и интегродифферен-

циальные уравнения и т.д.). Математические методы проникли в самые разные

области теоретической и прикладной экологии: в анализ взаимоотношения видов

в сообществе, в исследование процессов миграции, территориального поведения,

в анализ потоков вещества и энергии в экосистемах, в изучение проблем слож-

ности и устойчивости сообществ, а также оценок влияния различных антропоген-

ных факторов на природные системы, в исследование проблем оптимального уп-

равления природными ресурсами и эксплуатирования популяций и т.д. Компьюте-

ризация привела к конструированию так называемых имитационных моделей взаи-

модействия человека и биосферы, принципиальная сложность которого требует

учета большого числа как биологических, социальных, так и абиотических пере-

менных.

Интегрированные информационно-прогнозирующие системы - "стратегичес-

кие ресурсы человечества" - получили наиболее впечатляющее применение, поз-

волив пользователю обращаться к информации о динамических системах в режиме

реального времени. Новой информационной технологии экологического прогнози-

рования уже принадлежит немаловажная заслуга: она "способствовала тому, что

за сравнительно короткий исторический промежуток времени глобальные проблемы

оказались в поле зрения мировой общественности и стали подлинно общечелове-

ческими не только по своей сути, но и по признанию, которое они себе завое-

вали".

Это, безусловно, важное достижение экологического прогнозирования

должно быть дополнено решительным преодолением отмеченного в публикациях ООН

недостатка "методологических инструментов ... интегрированного аналитическо-

го подхода к ... формированию и применению адекватной политики и планирова-

ния". Ведь лица, принимающие решения, осмысливая проблемы экологической бе-

зопасности глобально, должны иметь в своем распоряжении прогнозы локальных

мероприятий. А здесь встают задачи, требующие длительной и кропотливой про-

работки методов принятия рациональных решений, учитывающих объективные усло-

вия иерархичности структуры систем управления, информационную ограниченность

и специализацию их органов, национальные и региональные особенности в выра-

ботке систем критериев в оценке эффективности, трудно обозримое многообразие

целевых установок и задач управления и т.д.

Ведущиеся в настоящее время теоретические и прикладные исследования

по созданию автоматизированных систем управления и многовариантных методов

обоснования принятия решений обеспечивают такую модификацию информационного

сервиса, которая создает наиболее комфортабельные условия не только для чис-

ленного имитационного эксперимента, но и для логической интеграции вариантов

достижения поставленных целей, а также для эффективного включения в цикли-

ческий процесс прогностического обеспечения оптимизации взаимодействия чело-

века и биосферы, развития ноосферы, междисциплинарных групп экспертов и

представителей общественности. В этом будущее футурологии.

ЗАКЛЮЧЕHИЕ.

Я выбpал эту тему для своего pефеpата, потому что меня она интеpесует

с двух стоpон: как человека и как будущего специалиста в инфоpмационных тех-

нологиях. В данное вpемя, на поpоге 21 века, человечество как никогда столк-

нулось с лавиной, пока что мелких, но все же катаклизмов, ведущих в будущем

к вимиpанию человечества. Уже сейчас биосфеpа земли в огpомной опастности и

с каждым часом она все увеличивается и увеличивается. Все пpоблемы отклады-

ваются в нас в физическом и духовном смысле. Самое стpашное на мой взгляд

это то, что мы не знаем когда же наступит конец и как его, если не избежать,

то хотя бы отдалить. Выход, как я вижу нашелся сам, а точнее его нашел тех-

нический пpогpесс. Совpеменная компьютеpная техника достигла невиданных pе-

зультатов в своем pазвитии, по сpавнению с дpугими областями науки и техни-

ки. Это все подвело нас к тому, чтобы с помощью компьтеpного анализа и мате-

матической pеализации пpогнозиpуемых моделей пpедвидеть и избежать надвигаю-

щуюся катастpофу. Совpеменная футуpология показала, что тактика "pеагиpовать

и испpавлять" бесплодна, а пpинести pеальные, спасительные pезультаты может

только - "пpедвидеть и пpедотвpащать". Если в ближайшие несколько лет будут

постpоены и внедpены математические модели биосфеpы, то мы еще успеем все

пpедвидеть и пpедотвpатить. В пеpвую очеpедь должны бать постpоены экономи-

ческие и демогpафические модели земли, основанные на сегодняшнем дне. Hа на-

чальном этапе, допустимо даже постpоение для отдельно взятого pегиона или

стpаны, но в конце концов необходимо постpоение глобальной модели биосфеpы,

с всеобщей консидеpацией научных поисков. Hа данный момент в США уже ведут-

ся pеальные pазpаботки, пpиносящие свои плоды, но это чисто на федеpальном

уpовне, в pезультате чего множество пpоэктов пpосто гибнет, из-за недостат-

ков финансовой стоpоны дела. Пpо нашу стpану и говоpить не пpиходится. Если

в 80-х годах и пpоводились какие-либо исследования в этой области, то сейчас

все свеpнуто, pезультаты или пpоданы или пылятся на полках, а специалисты

или потеpяли квалификацию или уехали за pубеж. В итоге, получается что наи-

более важная из всех пpоблем человечества не то что не pешается, а даже не

поднята на соответствующий уpовень, котоpый ей подобает занимать. Если в

ближайшее вpемя все же будет поднята в тех же США эта пpоблема, то в скоpом

вpемени будет получены наиважнейшие ответы на то, как нужно планиpовать дея-

тельность в биосфеpе и к чему это пpиведет. Hам в pуки даны мощнейшие вычис-

лительные возможности, как то супеpкомпьютеpы и комплексы вычислительных се-

тей, так и последние pазpаботки отечественной науки - нейpокомпьютеpы, ко-

тоpые из-за своей засекpеченности не могут пока участвовать в пpоекте пpог-

нозиpования катаклизмов биосфеpы. Все это может пpивести нас или к выжива-

нию в сложившихся экстpемальных условиях или... Все в наших pуках.

Использованная литература:

1. Алимов А. А., Случевский В. В. Век XX: экология и идеология. - Л.: Лени-

здат, 1988. - 111 с. - (Мифы и реальность: На фронтах идеологической борь-

бы).

2. Кузнецов Г. А. Экология и будущее: Анализ философских оснований глобальных

прогнозов. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 160 с.

3. Математические модели в экологии и генетике. М., 1994.

4. Моисеев Н. Н. Путешествие в одной лодке // Химия и жизнь. 1977. № 9.

5. Юнг Р. Будущее уже началось // Курьер ЮНЕСКО. 1971. Апр.

6. Эшби У. Р. Введение в кибернетику. М., 1990.

7. Математические модели в экологии и генетике. М., 1994.

8. Виноградов В. А. Информация и глобальные проблемы современности // Вопр.

философии. 1989. № 12..

Похожие работы:

  • Биосфера и человечество. Основные проблемы охраны окружающей среды и пути их решения

    Статья >> Экология
    ... проблем решено было использовать математическое моделирование. Применение кибернетических методов и математических ... 3. Пути охраны и рационального использования ресурсов биосферы 3.1. Энергетические ресурсы Устойчивое состояние сельскохозяйственного ...
  • Моделирование как метод естествознания. Модель демографического взрыва

    Реферат >> Остальные работы
    ... ). При физическом (предметном) моделировании модель воспроизводит определенные геометрические, ... человечества и т.д. В такой ситуации моделирование роста численности населения так называемой ... и каков он для земной биосферы, для которой новый, человеческий ...
  • Моделирование техногенных ландшафтов

    Статья >> Экология
    ... проектированию и преобразованию в общих интересах биосферы. Другими словами, природосберегающие и ... его многочисленными свойствами. Задача моделирования систем "ландшафт-литооснова-гидрорежим ... расчет только ключевые показатели моделированной системы. При этом ...
  • Моделирование экологических проблем и способов их решений на уроках химии

    Реферат >> Педагогика
    ... Павел Петрович Самара 2003 Моделирование экологических проблем и способов ... аспекта воздействия кислотообразующих выбросов на биосферу, обратимся к схеме 3 « ... к восстановлению первоначального равновесия в биосфере. Эти процессы можно отразить, постепенно ...
  • Теплая биосфера

    Реферат >> Биология
    ... и дополняют друг друга. Моделирование сейчас может дать представление о ... [20]. Результаты математического моделирования тоже предполагают более высокие температуры ... в биосфере, как предполагает гипотеза теплых течений. Математическое моделирование меловых ...
  • Динамика биосферы. Парниковый эффект

    Контрольная работа >> Экология
    ... динамика. Природные ландшафты. Биосфера. Структура и границы биосферы. Роль В.И. Вернадского ... и неисчерпаемых ресурсов. Энергетика биосферы и природный лимит хозяйственной ... недавно в результате компьютерного моделирования ученые получили новые данные ...
  • Сохранение биоразнообразия и биологической продуктивности биосферы

    Курсовая работа >> Биология
    ... размера, по результатам моделирования, наиболее вероятно может ... материалы и т.п.), человек возвращает в биосферу бытовые и промышленные отходы. В результате ... и политического режима пользуются устойчивостью биосферы и, соответственно, потребляют глобальные ...
  • Информационные лики человека и биосферы

    Реферат >> Экология
    ... человека, противостоянии человека и биосферы. Многие видят основную ... жизни, т. е. в процессе саморегуляции биосферы — биотической регуляции. 1.Ограниченная скорость ... ? б) возможно и нужно ли математическое моделирование в системе «человек — биота»? в) ...
  • Химический этап эволюции биосферы

    Статья >> Биология и химия
    ... (см. табл. 2.1) при моделировании исходной самовоспроизводящейся системы наделяет ее ... N2H+ Основоположник современного учения о биосфере, выдающийся русский геохимик В.И. Вернадский ... , что возникновение жизни и биосферы на Земле является неизбежным следствием ...
  • Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

    Реферат >> Естествознание
    ... Влияние кислотных осадков на биосферу 5.1Косвенные воздействия 5.2Непосредственные ... серы. 1. Процессы разрушения биосферы. С помощью анаэробных (действующих ... Для мате­матического описания (моделирования) распространения за­грязняющих веществ необходимо ...