Моделирование в экологии.

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение ее свойств на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свой свойство исходных систем.

Моделирование – это воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданном для его изучения.

Любая модель проще реального объекта. Она отражает не все его свойства и характеристики, а только те, которые интересны нам в данном исследовании.

Перед тем, как использовать модель для изучения объекта необходимо доказать её подобие или адекватность реальному объекту. Существует много статистических методов такого доказательства.

Рассмотрим несколько методов моделирования:

1) Физическое моделирование - это создание уменьшенных копий реальных объектов и систем. Примером физической модели в экологии является аквариум. Основным недостатком такого типа модели является то, что при обратном масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают.

2) Концептуальное моделирование – это создание блок-схем, взаимодействие подсистем и процессов в пределах более крупных систем. Примером являются круговороты веществ или схема биогеоценоза.

3) Графическое моделирование– это изображение зависимости между переменными в одной из систем координат, чаще всего в прямоугольной декартовой системе. Примером являются графики изменений численности популяций.

4) Математическое моделирование– заключается в формализации и исследовании поведения систем с использованием математических выражений. Простейшая модель – теорема Пифагора.

Существуют два принципиально разных подхода к математическому моделированию:

1) Формализация заведомо известных процессов, специфика и закономерности которых определены нами на основе наблюдений и экспериментов. Полученные закономерности изображаются в виде графических моделей, а затем, используя методы корреляционного и регрессионного анализа, получают математические модели. Именно таким методом были получены формулы для расчёта предельно допустимого выброса. Математические модели, в данном случае, представляют собой системы алгебраических уравнений, чаще всего полиномов.

2) Выдвижение некоторой гипотезы о внутренней структуре и процессах, происходящих в системе и разложение этой гипотетической закономерности на известный закон поведения переменных в подбора математических уравнениях. Математические модели такого типа чаще всего представляют собой системы дифференциальных уравнений полных или частных производных или системы интегральных уравнений, которые чаще всего решаются численно, но иногда аналитически, допустим с помощью преобразований Лапласа.

Математические модели 2го типа называются динамическими моделями.

Главный недостаток модели 2го типа – это возможность ошибки в гипотезе, принятой нами.