Кучерявий В.П. Екологія - Загальна схема вивчення екосистем

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Екологія

1.5.5. Загальна схема вивчення екосистем

Виходячи із завдань системного підходу до вивчення екосистем, процес власне дослідження можна поділити на ряд більш детальних етапів, які послідовно змінюють один одного в часі або ж здійснюються паралельно, як показано на рис. 1.10. Ці етапи мають такі назви: 1) постановка завдання, 2) концептуалізація, 3) специфікація, 4) спостереження, 5) ідентифікація, 6) експеримент, 7) реалізація моделі, 8) перевірка моделі, 9) дослідження (аналіз) моделі, 10) оптимізація, 11) заключний синтез. 1. Постановка завдання. Враховуючи багатокомпонентний склад екосистеми і її багатогранні взаємозв'язки, для вирішення окремих проблем, наприклад в галузі охорони природи, виділяють у ній (екосистемі) якусь визначену кількість властивостей і процесів, котрі є найсуттєвішими для вирішення завдання (наприклад, стан популяцій рідкісних рослин).

Рис. 1.10. Процес системного дослідження. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

2. Концептуалізація. В рамках поставленого завдання узагальнюють відомі дані й уявлення про досліджуваний об'єкт у вигляді повної і логічно несуперечливої концептуальної моделі. Передусім у ній визначається місце досліджуваної екосистеми в ландшафті як системі вищого рівня ієрархії, встановлюються її зовнішні "входи" і "виходи", тобто її зв'язки зі суміжними екосистемами – з атмосферою, геологічними шарами і водними масами, а також з діяльністю людини (рис. 1.11). Далі в моделі розкриваються склад, структура і деякі риси функціонування екосистеми (рис. 1.12, 1.13).

Рис. 1.11. Концептуалізація зовнішніх зв'язків. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Рис. 1.12. Принципова схема складу і внутрішньої структури типової (пошіочлеішої)
наземної екосистеми. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

Рис. 1.13. Принципова схема складу і внутрішньої структури типової водної екосистеми. (доступно при скачуванні повної версії книжки)

3. Специфікація. На цьому етапі визначаються склади множин вхідних змінних V = {v1, ..., vk} і змінних станів х = {х1, ..., хn} майбутньої математичної моделі У = У (V, X, Е, F) і за можливістю строгіше і однозначніше задають моделююче відображення f системи-оригіналу У0= У0 (V0, Х0, Е0, F0) на модель У = У (V, X, Z, F). Під час специфікації зазначаються одиниці виміру змінних.

4. Спостереження. Відповідно до концептуальної моделі й специфікації планують і здійснюють польові спостереження за динамікою властивостей екосистеми – біотичного й абіотичного середовища. Результати цих спостережень можна використовувати для корегування моделі.

5. Ідентифікація. На цьому етапі встановлюють (ідентифікують) математичні співвідношення os(v1, ..., vk, х1, ..., хn) (s = 1, ..., n) між специфікованими вище змінними xj(t = 1, ..., n) і vj(j = 1, ..., k), які утворюють структуру моделі Е=(о1, ..., on). Вона повинна з певною точністю відбити дійсні кількісні співвідношення між цими змінними властивостями біоценозу і зовнішнього середовища.

6. Експеримент. Ідентифікація моделей, як правило, необхідна для уточнення тих чи інших параметрів або ж для перевірки гіпотези проведення польових чи лабораторних експериментів. Водночас із спостереженням за екосистемою проводяться експериментальні та інші дослідження, які доповнюють чи корегують їхні результати.

7. Реалізація моделі. Після ідентифікації моделі будують її оператор F = {F1, ..., Fn}:

Формула (доступно при скачуванні повної версії книжки)

що дає змогу розрахувати за допомогою моделі динаміку змінних стану хі(t) на досліджуваному проміжку часу t0 ? t ? tn, яка відповідає даним входу vj(t), j = 1, ..., k i початкового стану x1(t0) = хi0, і = 1, ..., n.
Як правило, реалізація оператора F будується у вигляді програми для ЕОМ, для чого необхідні спільні зусилля екологів, програмістів, математиків-системників.

8. Перевірка моделі. На цьому етапі дослідження встановлюють, на скільки модель здатна відтворити риси системи-оригіналу, які цікавлять дослідника. Передусім завдання полягає в порівнянні розрахункових кривих динаміки змінних станів моделі xi(t), і = 1, ..., n на досліджуваному проміжку часу t0 ? t ? tn з даними спостереження за системою в цей період, представленими безперервними кривими хi0 (ti), і = 1, ..., n, або, що трапляється значно частіше, дискретними спостереженнями хi0 (tj), і = 1, ..., n, j = 0.1, ..., N в послідовні моменти часу t0 ? t ? tn. При збігові розрахункових і емпіричних значень у відповідні моменти часу вважається, що результати моделі не заперечують спостережень, а отже, немає потреби її переглядати.

9. Дослідження моделі. Включає як характеристику загальних рис проведення траєкторії xi(t), і = 1, ..., n, t0 ? t ? tn. B просторі станів моделі (таких, як існування і єдиність, обмеженість, періодичність, стійкість і т.п.), так і конкретніше вивчення залежності рішення від початкового стану (хi0, ..., хn0) і структури моделі (тобто від виду використовуваного при побудові оператораF = (F1, ..., Fn) залежностей між змінними моделей, зокрема від значень параметрів, які входять у ці залежності, і, нарешті, від входів v1(t), ..., vk(t), t0 ? t ? tn.

10. Оптимізація. На даному етапі вивчення моделі методологічною основою виступає теорія оптимального управління. Наприклад, оптимізація екосистем певного ландшафту полягає в проведенні системи заходів, спрямованих на збільшення продуктивності, флористичного та фауністичного багатства, естетичності. Такі завдання, зокрема, ставляться при перетворенні природного лісу в лісопарк.

11. Заключний синтез. Завершуючи проведену роботу, оцінюють одержані кінцеві результати, передусім побудовану імітаційну модель і намічають перспективи наступних досліджень. Традиційно матеріали досліджень описують у заключному збірнику чи монографії.

◄ Техніка обробки інформації

Зміст підручника "Кучерявий В.П.Екологія."

Проблематика екологічних досліджень  ►

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Екологія

Загрузка...