Современные проблемы охраны окружающей среды и роль географии в их исследовании. Качественные изменения на Земле, происшедшие в ХХ в. Роль географической науки в этих условиях.

Роль математики в описании закономерностей развития природной среды и СЭС. Методологические подходы к математическому моделированию динамики геосистем. основные типы ММ. Имитационное моделирование природных процессов

В середине ХХ века в географию активно проникают математические методы исследования, что получило название «количественная революция». Причины:

· на современном этапе своего развития традиционные методы уже не могли обеспечить решение важнейших задач географии,

· развитие новых технических приемов прикладной математики, которые развивались в соответствии с потребностями частных наук, в том числе и географии,

· применения быстродействующих ЭВМ, которые позволили существенно сократить время на обработку огромной количественной информации.

Применение математического аппарата позволяет более точно описать объект исследования; математика дает географии более строгий язык для выражения абстрактно-всеобщих сторон материальных явлений геосферы и, что особенно важно, способствует получению новых данных и выводов, глубоко вскрывающих сущность географических объектов. Математика, строясь как формальное исчисление, обладает относительной самостоятельностью по отношению к естествознанию и может породить понятия, географическая интерпретация которых способна привести к открытию новых явлений. Одним из наиболее перспективных математических методов, используемых современной географией, является метод математического моделирования географических систем.

Процесс построения моделей ведется по принципу математического моделирования на базе системного подхода с учетом специфики географического объекта. Получаемые при этом логико-математические последовательности величин, характеризующие состояние геосистем, образуют особые математико-географические модели, а сам процесс их создания и последующее получение по ним результатов носит название математико-географического моделирования (МГМ).

Этапы МГМ:

 

Множественность определения моделей и их функций приводит к появлению большого количества подходов к их классификации и типологии. По форме представления информации модели делятся на материальные и идеальные.

Группа материальных моделей (субстрактно подобные, геометрические, аналоговые, изоморфные) традиционны в географии. Они могут быть созданы руками человека из различных материа­лов с соблюдением геометрического подобия для получения наглядного образа действительности в экспериментальных или иных познавательных целях. К ним, например, относится ящик с песком, где можно изучать русловые процессы в условиях контролируемых исследователем изменений. Это различные карты и макеты, воспроизводящие природные и социально-экономические объекты. Эти модели не обладают точным стереометрическим подобием, но тем не менее правильно отражают объект.

Идеальные модели создаются человеком. Они лишены наглядности, их внешний вид не имеет ничего общего с природой объекта. Но это отнюдь не означает, что они ложно отражают природу изучаемых явлений. Исследователь, проделывая логические операции с этими моделями, знает, что они адекватны реальности и каждому элементу таких моделей соответствуют определенные элементы изучаемых явлений. Идеальные модели в зависимости от степени формализации делятся на неформализированные (концептуальные), частично формализированные и вполне формализированные (математические и информационные). Концептуальные модели составляют фундамент любой науки. В географии наибольшее значение имеют такие концептуальные модели, как теория зональности, учение о биосфере В. И. Вернадского, концепция геосистемы В. Б. Сочавы и др. В частично формализованных моделях формализация информации осуществляется с помощью графических средств, рекомендаций, нормативных актов и т. п. Полностью формализованные модели отличаются высокой степенью абстракции и использованием богатейшего аппарата прикладной математики.

Также идеальные модели делятся на образные (зарисовки, фото); знаковые (символические) и смешанные образно – знаковые.

Различают модели:

· дескриптивные и нормативные. Первые объясняют наблюдаемые факты или дают вероятный прогноз, вторые – предполагают целенаправленную деятельность.

· открытые и закрытые;

· линейные и нелинейные;

· пространственные (континуальные) и точечные (дискретные);

· детерминистические и стохастические. Первые позволяют полностью предсказать развитие моделируемой системы во времени и пространстве, основываясь на известных условиях и соотношениях.

Эффективным методом моделирования геосистем и процессов, протекающих в них, является имитационное моделирование.

В основе этого метода теория вычислительных систем, статистика, теория вероятностей, математика. Имитация – это компьютерный эксперимент с математическими моделями, описывающими поведение сложных систем в течение продолжительных периодов времени. Как правило, он применяется в том случае, когда аналитические методы либо отсутствуют, либо уровень сложности построенных уравнений делает их практически неразрешимыми.

Большинство имитационных моделей построены по типу «черного ящика», т.е. сама система (ее элементы, структура) представлены в виде «черного ящика»; есть какой-то вход в него, который описывается экзогенными переменными (возникают вне системы, под воздействием внешних причин), и выход (описывается выходными переменными), который характеризует результат действия системы.

Имитационные эксперименты состоят из многократных расчетов по заданной модели при изменении входных параметров и предполагают целенаправленный поиск оптимальных решений, в частности касающихся рациональности взаимодействия природных и хозяйственных геосистем. Использование этих моделей позволяет качественно и количественно оценить варианты их функционирования при различных уровнях антропогенного воздействия с учетом естественной способности к самоочищению и самовосстановлению.

В имитационном исследовании большое значение имеет этап оценки модели, который включает в себя следующие шаги:

1. Верификация модели (модель ведет себя так, как это было задумано исследователем).

2. Оценка адекватности (проверка соответствия модели реальной системе).

3. Проблемный анализ (формирование статистически значимых выводов на основе данных, полученных в результате экспериментов с моделью).

Современные проблемы охраны окружающей среды и роль географии в их исследовании. Качественные изменения на Земле, происшедшие в ХХ в. Роль географической науки в этих условиях.

Охрана природы - это система научно обоснованных международных, государственных и общественных мер, направленных на рациональное использование, воспроизводство и охрану природных ресурсов, на защиту природной среды от загрязнения и разрушения в интересах существующих и будущих поколений людей. Основная цель охраны природы состоит в создании благоприятных условий для жизни настоящих и последующих поколений людей, развития производства, науки и культуры всех народов, населяющих нашу планету.

Естественно, что в связи с разными историческими этапами развития человеческого общества меняются и проблемы использования природных ресурсов и охраны природы. Человек — относительно молодой житель Земли, он включился в ее экологические системы около 3,5 млн лет назад. Тогда воздействие людей на окружающую среду было незначительным из-за небольшой их численности.

Начальная фаза преобразования окружающей природной среды связана с развитием животноводства и земледелия. Нарастание преобразующей деятельности человеческого общества, связанное с развитием промышленности, продолжается и в настоящее время. Так, в первой половине XX в. особое беспокойство вызывало очень быстрое истощение природных ресурсов и возможная гибель человечества из-за полного исчерпания рудных месторождений и нефти. Сейчас на первое место выдвигаются угрожающие загрязнения окружающей среды, нарушение природных биоценозов, вырубка лесов, почвенная эрозия, исчезновение редких видов животных и растений.

Рост численности населения и интенсивный прогресс техники породили возникновение своеобразного антропогенного обмена между человеческим обществом и средой. Система антропогенного обмена включает в себя ввод исходных веществ, т.е. природных ресурсов, в производство, их переработку с использованием энергии и вывод в окружающую среду отработанных веществ, т.е. производственных и бытовых отходов и отслуживших свой срок готовых изделий.

Однако этот антропогенный обмен крайне несовершенен. Он носит открытый незамкнутый характер и лишен того круговорота жизни, который присущ биосфере в целом.

Сейчас, когда численность населения составляет 7 млрд. человек, объем и скорость антропогенного обмена достигли такого уровня, при котором все отчетливее в глобальном масштабе проявляется напряженность и на вводе, и на выводе из системы. На вводе в систему напряжение определяется тем, что природные ресурсы небезграничны, как это считалось не так давно. Так, по данным статистического ежегодника ООН, разведанные мировые запасы каменного угля будут истощены примерно к 2500 году, нефти - к 2100, природного газа - к 2020 г., урана к 2000 г., железной руды - к 2050 г. Уже сейчас 1/3 населения планеты испытывает недостаток в пресной воде. Происходит рост затрат на добычу энергетических и минеральных ресурсов.

За последние два века площадь лесов сократилась с 56% до 26% поверхности суши. Особую тревогу вызывают тропические леса, площадь которых сократилась на 70%. В настоящее время сведение лесов планеты идет со скоростью 12 млн. га, т.е. почти 1% лесопокрытой площади в год.

Проблемы сведения растительности в ближайшие десятилетия, очевидно получат наибольшую остроту, т.к. с ними связаны атмосферно-климатические и глобально-энергетические сдвиги. Конкретно речь идет о возможном начале истощения ресурсов кислорода.

С 1600 года на Земле вымерло 94 вида птиц и 63 вида зверей. По данным международного союза охраны природы, гибель 85% птиц и 75% видов зверей связана с деятельностью человека. Сегодня опасность исчезновения грозит более чем 600 видам птиц и около 120 видам зверей.

За исторический период человечество потеряло из-за водной, ветровой эрозии и других разрушительных процессов (засоления, заболачивания, засорения) почти 2 млрд. га продуктивных земель - больше чем ныне находится под пашнями и пастбищами. Темпы современного опустынивания - 5-7 млн. га. в год.

Весьма напряженно обстоит дело с продовольственными ресурсами. Они распределяются очень неравномерно.

Гораздо хуже дело на выходе: гигантские отходы производства ухудшают природную среду, загрязняя ее. Имеет место тепловое загрязнение.

Не менее опасно шумовое загрязнение, оно вызывает нервное расстройство, понижение работоспособности и умственной деятельности.

Возрастает загрязнение воздуха пылью. Например в Лос-Анжелесе в атмосферу выделяется до 400 т. пыли в день, а в Нью-Йорке - до 13.3 млн. тонн сажи в год. Часто при отсутствии достаточного движения воздуха над городами повисает "смог" - дымовой туман, содержащий ядовитые газы (SO2, NO2), пыль, сажу. Общую тревогу вызывает все возрастающее загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей. Выпадают кислотные дожди, оказывающие вредное влияние на живые системы и постройки.

Самое страшное, что в биосферу вносятся многие чуждые ей вещества. Они, как правило, не разлагаются на исходные вещества, идущие вновь в производство, и не депонируются, как это имело место в биосфере прошлого. Но зато они способны накапливаться в живых организмах. Это радиоактивные отходы, ядохимикаты, синтетические моющие средства, пластмассы и т.д. Все это приводит к серьезным заболеваниям человека и животных, растений, нарушению генного аппарата и прямой гибели. Всего в мире синтезировано около 4 млн. несвойственных природе соединений, оказывающих мутагенные воздействия. Нарушаются биохимические циклы элементов в биосфере, изменяется климат и т.д.

В последние годы возникла угроза уменьшения озонового слоя на верхней границе биосферы, защищающего живые организмы на Земле от губительного ультрафиолетового излучения солнца.

Роль географии в исследовании проблем. Особое значение приобретает экологизация, которая представ­ляет собой грандиозный, глобальный – по мощности и масштабам – про­цесс, охвативший не только все семейства наук, но и мировое общест­венное сознание. Сущность экологизации – во внимании к проблемам взаимоотношений человека и природной среды, в формировании представ­лений о Земле как об общем доме человечества, в возрастании значения проблем ох­раны природы, обеспеченности человечества ресурсами и т.п. Экологизация определила новый подъем и новые задачи географии, которая была поставлена перед необходимостью обратить особое вни­мание на механизмы и последствия взаимодействия между человеком – населением – человечеством и окружающей средой. Географической науке вновь (на совершенно ином уровне) пришлось искать ответы на во­просы: «как человек влияет на природу?» и «как изменения природа влияют на человека-общество?» Проблемы оценки состояния и анализа причин, вызывающих воздействия на природу, их последствий, а также прогнозов этих последствий послужили мощным импульсом к развертыва­нию новых направлений научных исследований.

При этом центр тяжести внимания географов за последнюю четверть века перемещался от получившей развитие ранее проблемы природных ресурсов к проблемам охраны живой природы и ок­ружающей человека среды, затем – к изучению механизмов последствий воздействий человеческой деятельности на природу и к исследованию природных и антропогенных катастроф. Одновременно в методическом плане внимание географов перемещалось от задач научного обоснования и содержания мониторинга за состоянием среды к прогнозированию ее состояния и управлению им, к проектированию экосистем (геоэкосистем). Появились попытки создания пограничных наук – геоэкологии, ланд­шафтной экологии, экологической географии и др.

В последние годы XX в. значительный интерес у географов вызвало изучение стихийных природных явлений – и не только своими необычными размерами, но и влиянием их последствий на население. Прежде всего, в поле зрения ученых попали природные ката­строфы локального, национального и глобального масштаба.

Важная роль процесса экологизации в системе географических наук заключается в том, что он оказывает интегрирующее воздействие на ее внутреннее строение и развитие, требует синтеза ее физико-географической, а также экономико- и социально-­географической подсистем.

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: