Математическое моделирование в экологии

Первыми экосистемами, которые изучались с помощью количественных методов, были системы " хищник-жертва". Американец А. Лотка в 1925 г. и итальянец В. Вольтерра в 1926 г. создали математические модели роста отдельной популяции и динамики популяций, связанных отношениями конку­ренции и хищничества. Исследование системы " хищник-жертва" показало, что для популяции хищников типично совершенствование способов лов­ли жертвы.

В дальнейшем, метод математического моделирования стал приме­няться в экологии все шире, что обусловлено его большими потенциальны­ми возможностями. Моделирование дает предварительное объяснение и пред­сказание поведения экосистем в условиях, когда теоретический уровень исследований природной среды недостаточно высок. В этом аспекте мо­делирование всегда будет дополнять теоретические построения, т. к. разрыв между практическим воздействием на природу и теоретическим осмыс­лением последствий такого воздействия сохраняется, и все качественно новые варианты перестройки биосферы обязательно должны моделиро­ваться.

Модель как средство преобразования природной среды характеризуется не только соответствием с объектом, который должен быть преобразован. Она сообразуется с планирующей деятельностью человека, а следовательно, с теми орудиями труда, которыми общество обладает. В модели образуется единство свойств, которые подобны свойствам прототипа, и свойств, выражающих целевую установку человека.

Сознательный выбор путей преобразования природы требует приме­нения различных видов

моделирования и типов моделей. Все виды моде­лирования, направленные на познание природы, находят применение при преобразовании биосферы. Применение различных типов моделей и ви­дов моделирования способствует, с одной стороны, повышению теоретического статуса науки и синтезу знаний, а с другой — обеспечивает коор­динацию преобразовательной и познавательной сторон человеческой дея­тельности.

Идеальные модели желаемого будущего всегда формируются в голове человека. Чем крупнее планы преобразования, тем многограннее эти мо­дели. Зависимость человека от объективных законов развития природы рождает необходимость построения вещественных моделей поведения и желаемого будущего.

В методологической литературе принято делить все модели на 2 большие группы:

- модели-интерпретации, преобладающие в математике;

- и модели-описания, свойственные естественным наукам.

В модели как средстве преобразования природной среды оба типа вы­ступают в единстве. Идеальная модель желаемого будущего формируется на основе изучения действительности и более абстрактна, чем прототип. Вещественная модель желаемого будущего, построенная на основе иде­альной, может быть отнесена к моделям-интерпретациям, поскольку она конкретнее прототипа.

Масштабная модель необходима, когда хотят определить последствия человеческой деятельности в большем интервале времени, чем продол­жительность жизни одного поколения. Масштабное моделирование по­зволяет избежать чрезмерного риска при укрупнении масштабов челове­ческой деятельности.

Если модель как средство познания используется для получения про­гноза функционирования какого-либо процесса, то модель как средство преобразования необходима прежде всего для управления процессом. Прогноз, который в данном случае используется, носит характер норма­тивного. Соответственно, моделирование такого рода может быть названо нормативным. Информация в кибернетических системах, живых орга­низмах, популяциях и человеческом обществе не только воспринимается, но и преобразуется с формированием на ее основе нормативной модели, которая затем воплощается в действительность. Применение в качестве нормативной математической и других типов моделей существенно рас­ширяет преобразовательные возможности человека.

Говоря об общем значении компьютерного моделирования для решения экологической проблемы, следует отметить ускорение поиска наиболее приемлемого решения. Человечество получает возможность как бы " ус­корить" свою адаптацию к природе. Руководствуясь в своей деятельности единственным, по существу, методом " проб и ошибок" (если понимать его в самом широком смысле), человечество должно опробовать многие модели, прежде чем совершить одну реальную пробу, т. к. с ростом тех­нических возможностей растет ущерб от ошибки.

Компьютерное моделирование, естественно, не отменяет прежних способов моделирования, которые широко применяются, и на которых строилось и строится планирование человеческой деятельности. Оно дополняет другие виды моделирования по тем параметрам, по которым компьютер превосходит человека: возможность быстро и логически безу­пречно просчитать огромное количество вариантов развития системы.

В последние десятилетия предприняты попытки рассмотрения с по­мощью компьютерного моделирования состояний и тенденций глобаль­ного развития системы взаимоотношений общества с природной средой.