Математическое моделирование сложных систем

Методы экологического моделирования можно условно разделить на физические и математические. При физическом моделировании изучаемое явление воспроизводится в том или ином масштабе с сохранением его физической природы. Математическое моделирование представляет собой способ исследования экологических явлений путем изучения процессов, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими соотношениями. Важным моментом является составление математической модели на основании формализованной (содержательной) схемы изучаемого явления. При этом выделяются сведения, непосредственно характеризующие объект наблюдения, производится постановка цели и задач исследования с перечнем искомых величин и требований к ним, задаются начальные условия. Решение математических моделей может осуществляться аналитически, численными методами с помощью специально разработаных компьютерных программ.

Математическая модель сложной системы (куда относят экологические системы) состоит из математических моделей подсистем, их элементов и математических моделей взаимодействуя между подсистемами. Процесс построения моделей экологических объектов является трудоемким и требует от разработчиков как знаний об объекте моделирования, так и навыков в системотехнике и моделировании.

Основным признаком отнесения системы к сложной является содержание в ней процесса решения (а, следовательно, наличие цели). Необходимо также наличие следующих признаков:

– множество взаимосвязанных и взаимодействующие элементов;

– многофакторность цели;

– возможность разбиения системы на подсистемы;

– управление множеством информационных, энергетических, вещественных потоков в системе;

– взаимодействие с внешней средой.

Условное изображение объекта сложной экологической системы представлено на рис. 4.

При современном экологическом состоянии актуальное значение приобретает количественная оценка состояния объектов контроля и управления. Естественным желанием исследователей является возможность получать оценку по одному обобщенному (интегральному) показателю, хотя набор подобных показателей видится наиболее полной характеристикой. Полный набор интегральных показателей наиболее качественно будет характеризовать экологическое состояние на альтернативном (да – нет) или множественном (относительные или абсолютные значения состояния объекта) уровнях.

Рис. 4. Структурно-функциональная схема объекта сложной экологической системы

Известен ряд зависимостей потоков вещества и энергии в экосистемах, но мало известно об информационном взаимодействии. Выявление информационных законов в системе живого и неживого позволит выявить дополнительные управляющие воздействия и управляемые последствия, для чего необходимо создание обновляющихся баз данных.

Математическое моделирование экосистем является научным направлением, которое становится действенным аппаратом познания экологических процессов, приближает к осуществлению практики управления ими. Причем математическое моделирование и экспериментальные наблюдения взаимно дополняют и развивают друг друга.