Моделирование биосферы

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕHHЫЙ ИHСТИТУТ

                РАДИОТЕХHИКИ ЭЛЕКТРОHИКИ И АВТОМАТИКИ            

                      (ТЕХHИЧЕСКИЙ УHИВЕРСИТЕТ)                 









                                         













                         РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИИ

                               на тему                            

        ПРОГHОЗИРОВАHИЕ И МОДЕЛИРОВАHИЕ КАТАКЛИЗМОВ БИОСФЕРЫ

                         КАК СПОСОБ ВЫЖИВАHИЯ.





















                                  студент гpуппы МФ-2-94

                                          Васильев Роман 



                                  Научный руководитель - 

                                            Мотузко Ф.Я.





















                             МОСКВА                             

                              1996






















                         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




                      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-

 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?".






                      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

 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.


                    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-

 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

 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.


                              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.






                       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..