Сравнительная динамика социо-эколого-экономических систем России и некоторых стран большой двадцатки (G20) на основе обобщенной функции желательности

Зазнобина Наталья Ивановна, Молькова Екатерина Дмитриевна, Гелашвили Давид Бежанович СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ...

УДК 502.1

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ РОССИИ И НЕКОТОРЫХ СТРАН БОЛЬШОЙ ДВАДЦАТКИ (G20) НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННОЙ ФУНКЦИИ ЖЕЛАТЕЛЬНОСТИ

© 2016

Зазнобина Наталья Ивановна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры экологии

Молькова Екатерина Дмитриевна, студент кафедры экологии Гелашвили Давид Бежанович, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,

Нижний Новгород

Аннотация. Цель: определение структуры взаимосвязей и вклада исследуемых экологических, социальных и экономических индикаторов в состояние СЭЭС на основе пространственного и временного распределения значений обобщенной функции желательности. Методы исследования: метод экспертной оценки устойчивого развития; расчет обобщенной функции желательности; метод главных компонент; корреляционный анализ. Научная новизна: в статье впервые проведен анализ социо-эколого-экономических систем четырех стран, входящих в Большую двадцатку, на основе обобщенной функции желательности. Результаты: на основе систем показателей устойчивого развития, предложенных Комиссией ООН и Всемирным Банком, была разработана собственная база данных индикаторов устойчивого развития для СЭЭС России, Австралии, Канады и Японии за период 2009 - 2012 гг. На основании экспертной оценки, выбранные для исследования индикаторы, распределены по группам в зависимости от принадлежности их к направлениям развития стран. Проанализирована временная и пространственная динамика распределения значений обобщенной функции желательности по экологическим, социальным, экономическим индикаторам устойчивого развития для выбранных стран за исследуемый период. Практическая значимость: основные положения статьи могут быть использованы в научной и педагогической деятельности при рассмотрении вопросов о сущности и мировых тенденциях устойчивого развития. Полученные результаты могут применяться для прогнозирования изменений основных индикаторов различных СЭЭС.

Ключевые слова: социо-эколого-экономические системы, оценка временной и пространственной динамики, индикаторы устойчивого развития, обобщенная функция желательности, метод главных компонент.

COMPARATIVE DYNAMICS OF SOCIO-ECOLOGO-ECONOMIC SYSTEMS OF RUSSIA AND SOME COUNTRIES THE GROUP OF TWENTY (G20) ON THE BASIS OF GENERALIZED DESIRABILITY FUNCTION

© 2016

Zaznobina Nataly Ivanovna, candidate of biological sciences, assistant of the chair «Ecology»

Molkova Ekaterina Dmitrievna, student of the chair «Ecology» Gelashvili David Bezanovich, doctor of biological sciences, professor of the chair «Ecology» Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, N. Novgorod

Abstract. Objective: definition structure of the interlinkages and the contribution of the investigated ecological, social and economic indicators in the state of socio-ecologo-economic systems on the basis of spatial and temporal distributions of the desirability function values Methods: method of expert evaluation of sustainable development; calculation of generalized desirability function; principal component analysis; сorrelation analysis. Scientific novelty: in an article for the first time analyzed the socio-ecological-economic systems of the four countries the group of twenty, on the basis of the generalized desirability function. Results: based on a indicators systems of the sustainable development proposed by the UN Commission and the World Bank are developed own framework of sustainable development indicators data for socio-ecologo-economic systems of Russia, Australia, Canada and Japan for 2009 - 2012. On the basis of expert evaluation, selected for research, indicators are divided into groups depending on their belonging to the directions of development of the countries. Temporal and spatial dynamics the selected countries for during the analyzed period on the basis of the generalized function of desirability on ecological, social, economic indicators of a sustainable development are analyzed. Practical value: the main provisions of articles can be used in scientific and pedagogical activity at the consideration of the nature and trends of the world's sustainable development. The results can be used to predict changes in the main indicators of the different socio-ecologo-economic systems.

Keywords: socio-ecologo-economic systems, estimation the temporal and spatial dynamics, indicators of a sustainable development, the generalized desirability function, principal component analysis.

Противоречия между общественным стремлением к охране окружающей среды и индивидуальными рыночными потребностями обусловили замещение природных экосистем социо-эколого-экономическими системами

ются буквой d от французского desirable - желательный, представляют собой способ перевода натуральных значений в единую безразмерную числовую шкалу с фиксированными границами. При этом граничные значения функции, например, 0 и 1 соответствуют градациям «плохо - хорошо». Необходимость введения функций желательности часто определяется различной размерностью переменных, входящих в интегральный показатель, что не позволяет усреднять их непосредственно. Перевод же в единую для всех числовую шкалу снимает это затруднение и дает возможность объединять в единый показатель самые разные параметры. Конкретные способы реализации функции желательности могут быть весьма разнообразны (экспертные функции желательности, простые аналитические функции желательности, функция желательности Харрингтона и др.). После того, как выбрана шкала желательности, и частные отклики преобразованы в частные функции желательности, можно построить обобщенный показатель D, названный Харрингтоном обобщенной функцией желательности (ОФЖ). В общем виде обобщенная функция

Зазнобина Наталья Ивановна, Молькова Екатерина Дмитриевна, Гелашвили Давид Бежанович! I (°бщая

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ... биология

желательности рассчитывается по формуле среднего геометрического взвешенного набора вещественных чисел с вещественными весами. Величина этой обобщенной желательности может служить некоторой интегральной мерой отклонения состояния системы от нормы. Для идеально функционирующей системы величина D должна быть равна 1, а если хотя бы одна из величин d. окажется равной 0, очевидно, что и D = 0. Математическая сторона расчета частных и обобщенной функций желательности подробно описаны в наших предыдущих работах [5,6].

Целью данной работы является анализ временной и пространственной динамики СЭЭС на уровне государств с использованием ОФЖ, а также определение структуры взаимосвязей и вклада исследуемых индикаторов в состояние СЭЭС с помощью метода главных компонент. Государства - объекты исследований - должны были, с одной стороны, входить в один из международных союзов или блоков, а с другой - характеризоваться достаточно контрастными социально-экономическими и экологическими параметрами, облегчающими анализ и делающими его результаты более ясными. С учетом вышесказанного на данном этапе работы в качестве модельных объектов исследования были выбраны страны, входящие в состав Большой двадцатки, или группы двадцати (G20, или G20): Россия, Канада, Австралия и Япония. Группа двадцати (официально — The Group of Twenty, major advanced and emerging economies) — клуб правительств и глав центральных банков государств с наиболее развитой и развивающейся экономикой [7]. Косвенными показателями, наряду с прочими, характеризующими социо-эколого-экономическую специфику модельных государств, может служить плотность населения и размер валового внутреннего продукта ВВП (по состоянию на 2012 г., включенный в период исследования). Так, Россия - крупнейшая по территории страна с богатым разнообразием природно-климатических условий имеет плотность населения 8,39 чел./км2, и занимает в рейтинге стран по размеру ВВП 8-е место. Второе по площади государство мира, близкое по эколого-геогра-фическому положению к России - Канада (плотность населения - 3,42 чел./км2), занимает в рейтинге 11-е место. Австралия (плотность населения 2,92 чел./км2) -государство в Южном полушарии, занимающее материк Австралия, остров Тасмания и несколько других островов Индийского и Тихого океанов; является шестым государством по площади в мире, 12-е место в рейтинге ВВП. И наконец, Япония - экономически развитое островное государство в Восточной Азии (3-е место в рейтинге ВВП) с плотность населения 337, 16 чел./км2.

В работе использовались системы показателей, предложенные Комиссией ООН по устойчивому развитию и Всемирным Банком за 2009 - 2012 гг. [8]. Индикаторы устойчивого развития, на базе которых проводилось исследование, были условно разделены на три группы: экологические, социальные и экономические.

Для оценки состояния экологической подсистемы использовались 7 индикаторов: площадь лесов (км2); площадь внутренних вод (тыс. га); морские водоохра-няемые территории (% от внутренних вод); городское и сельское население, имеющее доступ к улучшенным источникам водоснабжения (%) («желательные показатели); производство промышленных отходов (ТДж); выбросы углекислого газа (тыс. т) («нежелательные» показатели).

Для оценки состояния социальной подсистемы использовались 11 индикаторов: численность населения (чел.); численность городского и сельского населения (чел.); рождаемость (на тыс. чел.); ожидаемая продолжительность жизни при рождении для женщин и мужчин (лет); рабочая сила (чел.) («желательные показатели); общая смертность (на тыс. чел.); уровень смертности детей до 5 лет (на тыс. чел.); заболеваемость туберкулезом (на 100 тыс. чел.); безработица (% от рабочего населе-46

ния) («нежелательные» показатели).

Для оценки состояния экономической подсистемы использовались 10 индикаторов: ВВП ($ США), валовый национальный доход (ВНД) ($ США), общая площадь (км2); площадь пахотных земель (% от общей площади); потребление электроэнергии (кВт*ч на душу населения); валовое производство электричества (млн. кВт*ч); альтернативная энергия (% от общего производства энергии); ветровая энергия (млн. кВт*ч); гидроэнергия (млн. кВт*ч); государственные расходы на образование (% от ВВП) («желательные» показатели).

Для корректного сопоставления фактических значений индикаторов применяли функцию желательности со стандартной ошибкой [5]. Для обоснования значений обобщенной функции желательности принимали границы градаций функции желательности Харрингтона [5], которые позволили дать приемлемую характеристику социо-эколого-экономическим ситуациям (табл. 1).

Таблица 1. - Градации экологической ситуации по значению функции желательности

ТаЬ1е 1. - Gradation of an ecological situation on value of desirability function

Значения функции желательности Характеристика социо-эколого-экономической ситуации

1,00-0,81 Очень хорошая

0,80-0,64 Хорошая

0,63-0,38 Удовлетворительная

0,37-0,21 Плохая

0,20-0,00 Очень плохая

к 0,î--I <1.9

1-0.8--- S«-

I IE и M i Bl|

Il II II II

А»тмч Каиили Г"".-.' Я' яви

А

Рис. 1. Временная (А) и пространственная (Б) динамика исследуемых стран, рассчитанная по экологическим индикаторам

Fig. l.Temporary (A) and the spatial (B) dynamics of the studied countries calculated on ecological indicators

Временная и пространственная динамика экологических подсистем исследуемых стран не имеет статистически значимых различий исследуемый период и может быть признана стабильной (рис.1 А, Б). Однако по значениям ОФЖ наблюдается значительная диверсификация. Так, по градации функции желательности (табл. 1) экологическая ситуация в Австралии и в Канаде характеризуется как «хорошая». В Австралии это обуславливается небольшими объемами выбросов углекислого газа и производства промышленных отходов, а также большой площадью морских водоохраняе-мых территорий. Канада имеет минимальную площадь морских водоохраняемых территорий, однако занимает лидирующее место по площади внутренних вод. Кроме того, городское население Канады обеспечено улучшенными источниками водоснабжения на 100%, а сельское - на 99%. Россия - страна с «удовлетворительной» экологической ситуацией. Несмотря на то, что Россия занимает лидирующую позицию по площади лесов и по значению индикатора «площадь внутренних воды» велико, в России зарегистрированы наибольшие объемы производства промышленных отходов и выбросов углекислого газа. Япония имеет наименьшую площадь лесов и территорию внутренних вод, а также большие значения выбросов углекислого газа, что связано с аварией на АЭС «Фукусима-1» в период исследования. Все это характеризует экологическую обстановку в Японии как «плохую».

Временная и пространственная динамика социаль-Карельский научный журнал. 2016. Т. 5. № 3

inm гаю ми mi: Б

Зазнобина Наталья Ивановна, Молькова Екатерина Дмитриевна, Гелашвили Давид Бежанович СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ...

ной подсистемы стабильна для всех исследуемых стран. (Рис. 2 А, Б). Япония характеризуется «очень хорошей» демографической ситуацией, т.к. продолжительность жизни населения в этой стране максимальна и минимальны значения индикатора «смертность детей в возрасте до 5 лет».

Uli ш

Рис. 2. Временная и пространственная динамика исследуемых стран, рассчитанная по социальным индикаторам

Fig. 2.The temporary (А) and spatial (В) dynamics of the studied countries calculated on social indicators

Вклад в «хорошую» демографическую ситуацию России вносят высокие показатели численности городского и сельского населения. Кроме того, за исследуемый период возросла рождаемость в стране, что можно объяснить реализацией программы государственной поддержки семей. В Канаде «хорошая» демографическая ситуация объясняется низкими показателями по заболеваемости туберкулезом, снижением уровня безработицы и ростом значений показателя «рабочая сила». Австралия характеризуется «удовлетворительной» демографической ситуацией.

При анализе временной динамики экономических подсистем Канады, Австралии и России прослеживается тенденция к улучшению экономической обстановки. Для Японии, начиная с 2011 г. - намечается спад значений ОФЖ по экономическим индикаторам, что связано с аварией на АЭС «Фукусима-1» (рис. 3 А). Пространственная динамика стабильна (рис. 3 Б). Экономическая ситуация в Канаде характеризуется как «очень хорошая», что объясняется высокими показателями ВВП и ВНД, значительным потреблением энергии на душу населения, обладанием крупными источниками возобновляемой энергии. «Удовлетворительная» экономическая ситуация регистрируется в Японии и Австралии. В России зафиксирована «плохая» экономическая ситуация. В 2008-2009 гг. реакцией на экономический кризис стало снижение потребления электричества во всех секторах экономики. Сильная засуха и пожары в центральной России 2010 г. уменьшили объем производства сельскохозяйственной продукции, что вызвало запрет на экспорт зерна и замедление темпов роста в других секторах. Кроме того, в России слабо развита альтернативная энергетика.

индикаторы «городское и сельское население, имеющее доступ к улучшенным источникам водоснабжения», «производство промышленных отходов» и «выбросы С02». Поэтому можно субъективно обозначить первую выделенную факторную ось как воздействие антропогенных факторов. Вторую факторную ось, наибольший вклад в которую вносит индикатор «внутренние воды», можно обозначить как воздействие природных факторов. По фактору1 установлена тесная связь между Японией, Австралией и Канадой. По фактору 2 Япония и Австралия противопоставляются Канаде. В экологическую обстановку России больший вклад вносят природные факторы, а для Канады, Австралии и Японии больший вклад в экологические показатели вносит антропогенное воздействие.

Рчсш Q2003 |Канада Ф201С (/Австралия ф2011 ОЯпония ©2012

Рис. 4. График факторных координат, построенный на основе обобщенной функции желательности для экологических индикаторов Fig. 4. The plot of factorial coordinates constructed on the basis of the generalized desirability function for ecological indicators

Аналогичным образом был проведен анализ социальных и экономических подсистем.

Protection of the variables on the Factof-plane

Ilia

Рис. 3. Временная и пространственная динамика исследуемых стран, рассчитанная по экономическим индикаторам Fig. 3.The temporary (А) and spatial (В) dynamics of the studied countries calculated on economic indicators

На следующем этапе работы методом главных компонент был проведен анализ состояния СЭЭС на основе частных функций желательности, рассчитанных по экологическим, социальным и экономическим индикаторам.

На графике факторных координат, построенному по значениям экологических индикаторов (рис. 4) видно, что в первую факторную ось наибольший вклад вносят

s

продор&1тепьн Продолжителен Cl

мость ».'|::н:-п>чл гсрсмскйго населения

Распил ф ;ппч Кэнадз • .01. ОАвС грэгщя ф 2(111 ОЯшхгня O20I2

Factor 1 67 31S

Рис. 5. График факторных координат, построенный на основе обобщенной функции желательности для социальных индикаторов Fig. 5. The plot of factorial coordinates constructed on the basis of the generalized desirability function for social indicators

График факторных координат, построенный на основе значений социальных индикаторов (Рис. 5), показывает, что в первую факторную ось наибольший вклад вносят индикаторы «численность сельского населения», «смертность» и «заболеваемость туберкулезом»; во вторую факторную ось - индикатор «рождаемость». По фактору 1 выявлена более тесная связь между Японией, Австралией и Канадой, чем с Россией. По фактору 2 Австралия и Канада противопоставляются Японии. Наибольшее значение для Австралии и Канады имеют

Зазнобина Наталья Ивановна, Молькова Екатерина Дмитриевна, Гелашвили Давид Бежанович СРАВНИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА СОЦИО-ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ...

индикаторы «смертность» и «заболеваемость туберкулезом», для Японии - «рождаемость» (обратная зависимость), а для России - «численность сельского населения».

Proi«vonof<t4 variabl&sornhefactor-planei 1м 21

Государственн»

ЭП9К1РНЧЁСТВЭ

Ftvfcr 1 .

Россия

Кэнэдз G20IC

^>АЙС([ЙАИЙ ф ¿О 11

ОЯпания

Рис. 6. График факторных координат, построенный на основе обобщенной функции желательности для экономических индикаторов Fig. 6. The plot of factorial coordinates constructed on the basis of the generalized desirability function for economic indicators

Анализ графика факторных координат, построенного на основе значений экономических индикаторов (рис. 6), показывает, что в первую факторную ось наибольший вклад вносят индикаторы «государственные расходы на образование», «пахотные земли» и «потребление электроэнергии»; во вторую факторную ось - «общая площадь» и «ВНД». По фактору1 прослеживается тесная связь между Канадой и Австралией, Японией и Россией, по фактору 2 Канада противопоставляется Австралии, Россия - Канаде. Наибольшее значение для Австралии и Канады имеют индикаторы ««государственные расходы на образование» и «потребление электроэнергии», для России - «общая площадь» и «площадь пахотных земель», существенный вклад в японскую экономику вносит ВНД.

Связь между переменными оценивалась с помощью непараметрического коэффициента ранговой корреляции Спирмена R с поправкой Бонферрони. В результате анализа была выявлена обратная корреляционная связь между экологическими и социальными индикаторами (R= -0,81). Это можно объяснить тем, что увеличение населения ведет к истощению природных ресурсов. Прямая корреляционная связь выявлена между экологическими и экономическими индикаторами (R=0,28). Очевидно, чем сильнее развита экономическая составляющая страны, тем больше размер инвестиций, направленных на природоохранные мероприятия, что, в свою очередь, способствует экологизации производства. Слабая корреляционная связь между экономическими и социальными индикаторами (R=0,03) говорит о том, что демографическая ситуация не всегда напрямую зависит от степени развития экономики страны, а может быть обусловлена законами, традициями населения различных стран мира, эколого-географическими условиями их расселения.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что предложенные подход к анализу СЭЭС основанный на применении ОФЖ и подкрепленный адекватными статистическими методами, может служить эффективным инструментом изучения разномасштабных и разнокачественных промышленных, социальных и природных объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Розенберг, Г.С. Мифы и реальность «устойчивого развития» / Г.С. Розенберг, С.А. Черникова, Г.П. Краснощеков и др. // Журн. проблемы прогнозирования. - 2000. - №2. - С. 130-154.

2. Розенберг Г.С., Гелашвили Д.Б., Зибарев А. Г., Костина Н.В., Кудинова Г.Э., Саксонов С.В., Хасаев Г.Р. Формирование экологической ситуации и пути достижения устойчивого развития Волжского бассейна// Региональная экология. 2016. №1 (43). - С. 15-27.

3. Гелашвили Д.Б., Лисовенко А.В., Зазнобина Н.И., Королев А.А. Применение обобщенной функции желательности для оценки экологической обстановки на объектах разного масштаба: город, регион // Проблемы региональной экологии. 2009. №2. - С. 83-88.

4. Гелашвили Д.Б., Снегирева М.С., Солнцев Л.А., Зазнобина Н.И. Экологическая характеристика Приволжского федерального округа на основе обобщенной функции желательности // Поволжский экологический журнал. №1. 2014. - С. 130-138.

5. Гелашвили Д.Б., Зазнобина Н.И., Лисовенко А.В. Количественные методы оценки состояния урбоэкоси-стем // Экологический мониторинг. Методы биологического и физико-химического мониторинга. Ч. VII. -Н. Новгород: ННГУ, 2011. - С. 80-110.

6. Гелашвили Д.Б., Лисовенко А.В., Безруков М.Е. Применение интегральных показателей на основе функ-ци и желательности для комплексной оценки качества сточных вод// Поволж. эколог. журн. 2010. № 4. С. 343351.

7. О «Группе двадцати» (G20) (https://www . g20. org/g20_priorities/multilingual_content/russian_about). Сайт Большой двадцатки. Большая двадцатка.

8. Официальный сайт Российского совета по международным делам:http://russiancouncil.ru/spec/stat/.