Экологический мониторинг

Экологический мониторинг.

Чтобы по возможности исключить неблагоприятное влияние человека на природу необходимо:

Вести текущий учёт изменений в окружающей среде

Научиться прогнозировать развитие этих изменений

Кроме этого, необходимо знать, какая именно среда оптимальна для жизни человека. Исходным здесь является понятие качества среды, т.е. совокупности параметров, всецело удовлетворяющих как экологической ниши человека, так и научно-техническому развитию общества. Для того, чтобы иметь информацию об изменениях в окружающей среде, надо иметь точку отсчёта, т.е. исходное состояние среды без антропогенного воздействия. Кроме этого, необходимо найти критические или наиболее чувствительные звенья в экосистемах, которые быстрее и точнее всего характеризуют состояние этих систем, а также найти показатель, соответствующий наиболее сильным воздействующим факторам и указывающий на источник такого воздействия. Все эти мероприятия входят в систему экологического мониторинга.

Мониторинг – это система наблюдений за изменениями в состоянии окружающей среды, которая позволяет прогнозировать развитие этих изменений.

Экологический мониторинг состоит из нескольких частей:

I звено:

Глобальный мониторинг, в пределах всей биосферы на основе международного сотрудничества.  

Объектами глобального мониторинга являются: 

Атмосфера, 

Озоновый экран 

Гидросфера 

Растительные и почвенные покровы

Животный мир на Земле. 

Характеризуемые показатели для глобального мониторинга:

Радиационный баланс

Тепловой баланс

Газовый состав атмосферы и запыление

Загрязнение больших рек и водоёмов

Круговорот воды на континентах

Глобальные характеристики состояния растительности, почв и животного мира

Глобальные балансы углекислого газа и кислорода

Крупномасштабные круговороты веществ

II звено:

Национальный мониторинг.

III звено:

Региональный мониторинг.

Объекты двух звеньев:

Природные экосистемы

Агрономические системы

Лесные экосистемы

Исчезающие виды животных и растений

Характеризуемые показатели для этих двух звеньев:

Функциональная структура экосистем и её нарушения

Популяционное состояние растений и животных

Урожайность сельскохозяйственных культур

Продуктивность лесонасаждений

IV звено:

Локальный мониторинг в пределах отдельного населённого пункта, отдельного предприятия, отдельной популяции живых организмов. 

Объектами локального мониторинга являются:

Приземный слой воздуха

Поверхностные и грунтовые воды

Промышленные и бытовые выбросы и сбросы

Радиоактивное излучение

Отдельные популяции живых организмов

Характеризуемые показатели:

Концентрации токсичных веществ

Уровни физического и биологического воздействия

Моделирование в экологии.

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней 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 созданного 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 конкретные типы такого моделирования:

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 обратно масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают.

Концептуальное моделирование – это создание блок-схем, взаимодействие подсистемы процессов в пределах более сложных систем. Примером являются круговороты веществ.

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

Математическое моделирование – заключается в формализации поведения систем на основе математических выражений. 

Существуют два принципиально разных подхода к математическому моделированию:

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 корреллеционного 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.

 Нужно получить зависимость у(х).



    У















                                                                       







                                                                                    х

            

Провели эксперимент, и для некоторых значений «х» получили экспериментальные точки.

Метод наименьших квадратов для получения модели. Согласно этому методу, кривая выбирается так, чтобы была минимальной, где - количество экспериментальных точек, - экспериментальное значение в точке , - значение модельной теоретической функции в точке .

Допустим, в качестве функции  мы выбрали линейную , тогда нам нужно определить значения параметров  и .

Чтобы функция имела минимум, необходимо, чтобы произведение по параметрам равнялось нулю.

           







                



Второй подход заключается в выдвижении некоторой гипотезы о поведении системы и подбора математических выражений, описывающих некоторые физические законы, которые удовлетворяют этой гипотезе. 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.