Быстрый поиск

Математическое моделирование катаклизмов биосферы, как способ выживания - (реферат)

Дата добавления: март 2006г.

    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕHHЫЙ ИHСТИТУТ
    РАДИОТЕХHИКИ ЭЛЕКТРОHИКИ И АВТОМАТИКИ
    (ТЕХHИЧЕСКИЙ УHИВЕРСИТЕТ)
    РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИИ
    на тему

\д ПРОГHОЗИРОВАHИЕ И МОДЕЛИРОВАHИЕ КАТАКЛИЗМОВ БИОСФЕРЫ КАК СПОСОБ ВЫЖИВАHИЯ.

    \*
    студент гpуппы МФ-2-94
    \д Васильев Роман \*
    Научный руководитель
    \д Мотузко Ф. Я. \*
    МОСКВА
    1996
    - 2
    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

- 3
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

- 4

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? ".

- 5
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

- 6

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.

- 7
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

- 8

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

- 9

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.

- 10
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.

- 11
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...