Роль географического прогнозирования в географической науке

1.2. Роль географического прогнозирования в географической науке

Перед тем, как обозначить роль географического прогнозирования в системе экологического и природоохранного образования, необходимо дать ему определение, максимально точно отражающее его суть для целей использования его в школьной географии.

В различные периоды развития общества способы изучения окружающей среды изменялись. Одним из важнейших «инструментов» рационального подхода к природопользованию в настоящее время считают применение методов географического прогнозирования. Прогнозные исследования порождены требованиям научно-технического прогресса.

Географический прогноз является научным обоснованием рационального природопользования.

В методической литературе пока ещё не сложилось единого понятия таких терминов «географический прогноз» и «географическое прогнозирование». Так в работе Т.В. Звонковой и Н.С. Касимова географическое прогнозирование понимается как «комплексная многоплановая эколого-географическая проблема, где теория, методы, и практика прогнозирования тесно связаны с охраной природной среды и ее ресурсов, планированием и проектированием, экспертизой проектов» [25]. Главные цели географического прогнозирования были определены следующим образом:

l   Установить границы измененной природы;

l   Оценить степень и характер ее изменения;

l   Определить дальнодействие «эффекта антропогенного изменения» и его направленность;

l   Определить во времени ход этих изменений, учитывая взаимосвязь и взаимодействие элементов природных систем и тех процессов, которые осуществляют эту взаимосвязь.

Под термином «комплексный физико-географический прогноз» А.Г. Емельянов понимает научно обоснованное суждение об изменении ряда компонентов в их взаимосвязи или всего природного комплекса в целом. Под объектом понимается материальное (природное) образование, на которое направлен процесс исследования, например природный комплекс находящийся под воздействием человека или естественных факторов. Предмет прогнозирования – это те свойства (показатели) этих комплексов, которые характеризуют направления, степень, скорость и масштабы этих изменений. Выявление таких показателей является необходимой предпосылкой для составления надежных прогнозов перестройки геосистем под воздействием хозяйственной деятельности человека [44]. В своей работе А.Г. Емельянов сформулировал теоретические и методические положения, обобщил имеющийся опыт и результаты многолетних работ по изучению и прогнозированию изменений природы на подтопленных берегах водохранилищ и в зоне влияния осушительных объектов. Особое внимание уделяется принципам, системе и методам построения прогнозов перестройки природных комплексов под воздействием хозяйственной деятельности человека [44].

Ю.Г. Симонов определял географический прогноз, как «прогноз последствий хозяйственной деятельности человека, прогноз состояния той природной среды, в которой протекает общественная сфера производства и личная жизнь каждого из людей… Конечной целью всей системы географических наук является определение в будущем состояния географической среды нашей планеты», – тем самым осуществляется привязка к абсолютно конкретному человеку, для комфортного существования которого и осуществляется весь прогноз [100, с.13]. В то же время Ю.Г. Симонов выделяет другой тип географических прогнозов, который никак не связан с суждениями о будущем, он имеет отношение к размещению явлений в пространстве – пространственный прогноз. «И в том и в другом случае прогноз опирается на установленные наукой закономерности. В одном случае – на законы пространственных размещений, определяющихся сочетанием законоформирующих факторов, во – втором – это закономерности временных последовательностей явлений [100, с. 19].

Прогноз означает предвидение, предсказание. Поэтому географический прогноз – это предсказание изменений баланса и характера развития природных компонентов под влиянием деятельности человека, природно-ресурсного потенциала и потребностей в природных ресурсах в глобальном, региональном и локальном масштабах. Таким образом, прогноз представляет собой специфический вид познания, где прежде всего исследуется не то, что есть, а то, что будет в результате каких либо воздействий или бездействия.

Прогнозирование – это совокупность действий, которые позволяют вынести суждения относительно поведения природных систем и определяются естественными процессами и воздействием на них человечества в будущем. Прогнозирование отвечает на вопрос: «Что будет, если?...».

Таким образом видно, что термины «Географический прогноз» и «Географическое прогнозирование» нельзя считать синонимами, между ними существуют определенные различия. В прогностике прогнозирование рассматривается как процесс получения представлений о будущем состоянии изучаемого объекта, а прогноз – в качестве конечного результата (продукта) этого процесса [83].

Целесообразно различать объект и предмет прогнозирования. Под объектом может пониматься материальное или вещественное природное образование, на которое направлен процесс прогнозирования, к примеру – геосистема любого ранга, измененная (или подверженная в будущем изменению) под воздействием антропогенных или естественных факторов. Предметом прогнозирования можно считать те свойства (показатели) этих геосистем, которые характеризуют направление, степень, скорости и масштабы этих изменений. Именно выявление этих показателей и является необходимой предпосылкой для составления надежных прогнозов перестройки геосистем под воздействием хозяйственной деятельности человека. [43]

Географическое прогнозирование базируется на ряде исходных положений (общих принципов), разработанных в прогностике и других научных дисциплинах [43].

1.         Исторический подход (генетический подход) к прогнозируемому объекту, т.е. изучение его в формировании и развитии. Такой подход необходим прежде всего для того, чтобы получить данные о закономерностях динамики природы и обоснованно продлить их на будущее.

2.         Географическое прогнозирование должно производиться на основе выполнения ряда общих и специфических этапов прогнозных исследований. К общим этапам можно отнести: определение задачи и объекта прогноза, разработку гипотетической модели изучаемого процесса, получение и анализ исходной информации, выбор методов и методики прогнозирования, выполнение прогноза и оценку его достоверности и точности.

3.         Принцип системности предполагает, что прогнозированию присущи все общие свойства больших систем. Согласно этому принципу, комплексный физико-географический прогноз представляет собой элемент более широкого географического прогноза, он должен составляться во взаимосвязи с другими видами прогнозов, объект прогноза должен рассматриваться как системная категория.

4.         К числу общих принципов относиться вариантность прогнозирования. Прогноз не может быть жестким, поскольку в сферу влияния хозяйственной деятельности человека попадают разнокачественные природные системы. В связи с этим его необходимо разрабатывать, исходя из нескольких вариантов начальных условий. Многовариантный характер прогноза позволяет оценить различные направления и степень перестройки геосистем различного ранга и выбрать на этой основе наиболее оптимальные и обоснованные проектные решения.\

5.         Принцип непрерывности прогнозирования означает, что выполненный прогноз не может рассматриваться как окончательный. Комплексный физико-географический прогноз обычно составляется в период проектных работ. На этом этапе исследователь чаще всего не располагает достаточно полной информацией, и в дальнейшем ему нередко приходиться пересматривать первоначальные прогнозные оценки. Прогнозирование использовалось многими учеными. Так, периодическая система Д.И. Менделеева, учение о ноосфере В.И. Вернадского являются примерами прогнозирования.

Значение географического прогноза в природопользовании трудно переоценить. Главной целью географического прогноза является оценка предполагаемой реакции окружающей среды на прямое или опосредованное воздействие человека, а также решение задач будущего рационального природопользования в связи с ожидаемыми состояниями окружающей среды.

В настоящее время закладывается фундамент будущих изменений, и от того, каким он станет, зависит жизнь грядущих поколений.

В связи с переоценкой системы ценностей, изменением технократического мышления на экологическое происходят изменения и в прогнозировании. Современные географические прогнозы должны проводиться с позиции общечеловеческих ценностей, главными из которых являются человек, его здоровье, качество окружающей среды, сохранение планеты как дома для человечества. Таким образом, внимание к живой природе, к человеку делает задачи географического прогнозирования экологическими.

Разработка прогноза всегда ориентируется на определенные расчетные сроки, т.е. ведется с заранее заданной заблаговременностью. По этому признаку географические прогнозы делятся на:

–          сверхкраткосрочные (до 1 года);

–          краткосрочные (3-5 лет);

–          среднесрочные (на ближайшие десятилетия чаще до 10-20 лет);

–          долгосрочные (на ближайшее столетие);

–          сверхдолгосрочные, или дальнесрочные (на тысячелетия и далее).

Естественно, что надежность прогноза, вероятность его оправдываемости тем меньше, чем отдаленнее его расчетные сроки.

По охвату [68, С.21-28] территории выделяют прогнозы:

–          глобальные;

–          региональные;

–          локальные;

Причем в каждом прогнозе должны сочетаться элементы глобальности и региональности. Так, вырубая влажные экваториальные леса Африки и Южной Америки, человек воздействует тем самым на состояние атмосферы Земли в целом: уменьшается содержание кислорода, увеличивается количество углекислого газа. Делая глобальный прогноз будущего потепления климата, мы тем самым предвидим то, как отразится потепление в конкретных регионах Земли.

Целесообразно различать понятия метод и методический прием прогнозирования. Под методом прогнозирования в данной работе понимается неформальный подход (принцип) к обработке информации, позволяющий получить удовлетворительные прогнозные результаты. Методический прием рассматривается как действие, которое не ведет непосредственно к прогнозу, но способствует его осуществлению.

В настоящее время в прогностике насчитывается более 150 различных по уровню, масштабам и научной обоснованности методов и приемов прогнозирования [85].Часть из них может найти применение в физической географии. Однако, использование общенаучных методов и приемов для целей географического прогноза имеет свою специфику. Эта специфика связана прежде всего со сложностью и недостаточной изученностью объектов исследования – геосистем.

Для географического прогнозирования наибольшее практическое значение имеют такое методы, как использование экстраполяций, географических аналогий, ландшафтно-генетических рядов, функциональных зависимостей, экспертных оценок.

К методическим приемам географического прогнозирования можно отнести анализ карт и аэрокосмических снимков, индикацию, методы математической статистики, построение логических моделей и сценариев. Их использование позволяет получить необходимую информацию, наметить общее направление возможных изменений. Почти все эти приемы являются «сквозными» т.е. они постоянно сопутствуют перечисленным выше методам прогнозирования, конкретизируют их, делают возможным их практическое применение [43].

Существует множество методов прогнозирования. Остановимся на некоторых из них. Все методы можно объединить в две группы: логические и формализованные методы.

В связи с тем, что в природопользовании приходится чаще всего иметь дело со сложными зависимостями природного и социально-экономического характера, используют логические методы, устанавливающие связи между объектами. К ним относят методы индукции, дедукции, экспертных оценок, аналогий.

Методом индукции устанавливают причинные связи предметов и явлений. Исследование ведется от частного к общему. Исследование индуктивным методом начинается со сбора фактических данных, выявляются черты сходства и различия между объектами и предпринимаются первые попытки обобщения.

Метод дедукции ведет исследование от общего к частному. Таким образом, зная общие положения и, опираясь на них, приходим к частному умозаключению.

В тех случаях, когда об объекте прогноза нет достоверных сведений и объект не поддается математическому анализу, используют метод экспертных оценок, суть которого заключается в определении будущего на основании мнения экспертов – квалифицированных специалистов, привлекаемых для вынесения оценки по проблеме. Существует индивидуальная и коллективная экспертизы. Эксперты высказывают свое мнение, опираясь на опыт, знания и имеющиеся материалы, интуитивно пользуясь при этом приемами аналогии, сравнения, экстраполяции, обобщения. Разработано несколько методических подходов интуитивного прогнозирования, которые различаются между собой по способам получения мнений и процедурам их дальнейшей корректировки.

Метод прогнозирования на основе изучения мнений экспертов может быть применен в тех случаях, когда отсутствует достаточная информация о прошлом и настоящем конкретного объекта исследования, не хватает времени для поведения полевых работ.

Метод аналогии базируется на следующем теоретическом положении: под влиянием одних и тех же или подобных факторов формируются генетически близкие геосистемы, которые, подвергаясь однотипным воздействиям, испытывают сходные изменения. Сущность данного метода основывается на том, что закономерности развития одного процесса с определенными поправками переносятся на другой процесс, для которого необходимо составить прогноз. В качестве аналогов могут выступать различные по сложности комплексы.

Практика прогнозирования показывает, что возможности метода аналогий значительно возрастают в случае использования его на базе теории физического подобия [100]. По этой теории сходство сравниваемых объектов устанавливается с помощью критериев подобия, т.е. показателей, имеющих одинаковую размерность. Природные процессы пока невозможно описать только количественно, в связи с чем при прогнозировании приходиться использовать как количественные, так и качественные характеристики. Необходимо учитывать те критерии, которые отражают условия однозначности, т.е. условия, определяющие индивидуальные особенности процесса и выделяющие его из многообразия других процессов.

Процесс составления прогноза методом аналогий можно представить как систему взаимосвязанных действий включающих следующие операции:

1.         Сбор и анализ исходной информации о прогнозируемом объекте – карт, фотоснимков, литературных источников в соответствии с поставленной задачей прогноза;

2.         Подбор критериев подобия, осуществляемый на основе анализа условий однозначности;

3.         Подбор природных комплексов-аналогов (геосистем) прогнозируемым объектам;

4.         На ключевых участках по единой программе и с учетом подобранных критериев подобия описываются природные комплексы, составляется окончательная ландшафтная карта предполагаемой зоны влияния;

5.         Сравнение природных комплексов-аналогов и объектов прогноза с определением степени их однородности;

6.         Непосредственное прогнозирование – перенос характеристик изменения природных условий с аналогов на объекты прогноза.

7.         Логический анализ и оценка достоверности полученного прогноза.

Среди формализованных методов выделяются статистический, экстраполяции, моделирования и др.

Изложенный метод хорошо физически обоснован и позволяет составлять долгосрочные комплексные прогнозы. Физико-географические аналоги в неискаженном виде воспроизводят

Статистический метод опирается на количественные показатели, позволяющие сделать вывод о темпах развития процесса в будущем.

Метод экстраполяций представляет собой перенесение установленного характера развития определенной территории или процесса на будущее время. Если известно, что при создании водохранилища при неглубоком расположении грунтовых вод на участке началось подтопление и заболачивание, то можно предположить, что здесь в дальнейшем будут продолжаться эти процессы и образуется заболоченный участок. В основе этого метода лежит представление об инерционности изучаемых явлений и процессов, поэтому их будущее состояние рассматривается как функция ряда состояний в прошлом и настоящем. Наиболее достоверные прогнозные результаты дает экстраполяция, которая базируется на познании фундаментальных законов развития геосистем.

Прогнозирование методом экстраполяций включает проведение следующих операций:

1.         Исследование динамики прогнозируемых природных комплексов на основе использования стационарных наблюдений, индикационных и других методов.

2.         Предварительная обработка числовых рядов с целью уменьшения влияния случайных изменений.

3.         Производиться выбор вида функции и осуществляется аппроксимация ряда.

4.         Расчет по полученной модели параметров процесса для обоснованного промежутка времени и оценка пространственных изменений в природе.

5.         Анализ полученных прогнозных результатов и оценка их точности и достоверности

Главным достоинством метода экстраполяции является его простота. В связи с этим он нашел широкое применение при составлении социально-экономических, научно-технических и других прогнозов. Однако использование данного метода требует большой осторожности. Он позволяет получить достаточно надежные результаты лишь при условии неизменности факторов, определяющих развитие прогнозируемого процесса, и учете качественных изменений, накапливающихся в системе. Необходимо учитывать, что используемые эмпирические ряды должны быть продолжительными во времени, однородными и устойчивыми. Согласно правилам, принятым в прогностике, период экстраполяции на будущее не должен превышать одной трети периода наблюдения.

Метод моделирования заключается в процессе построения, изучения, и применения моделей. Под моделью мы понимаем образ (в том числе условный или мысленный – изображение, описание, схема, чертеж, план, карта и т.п.) или прообраз, какого либо объекта или системы объектов («оригинала» данной модели), используемый при определенных условиях в качестве их «заместителя» или «представителя».

Именно метод моделирования, с учетом возрастающих возможностей высокотехнологичного компьютерного оборудования, позволяет более полно использовать потенциал заложенный в географическом прогнозировании.

Стоит отметить, что существуют две группы моделей – модели материальные(предметные), например глобус, карты и пр., и модели идеальные (мысленные), например графики, формулы и пр.

К группе материальных моделей используемых в природопользовании, наибольшее распространение получили физические модели.

В группе идеальных моделей наибольших успехов и масштабов добилось направление глобального имитационного моделирования. Одним из самых важных событий и достижений в области имитационного моделирования стало событие произошедшее в 2002 году. На территории Института наук о Земле в Иокогаме (Yokohama Institute for Earth Sciences) в специально построенном для него павильоне заработал самый мощный на тот момент суперкомпьютер в мире - «Симулятор Земли» (Earth Simulator), который способен обрабатывать всю информацию, поступающую со всевозможных «наблюдательных пунктов» - на земле, воде, воздухе, космосе и так далее.

Таким образом, «Симулятор Земли» превращается в полноценную «живую» модель нашей планеты со всеми процессами: климатическими изменениями, тем же глобальным потеплением, землетрясениями, тектоническими сдвигами, атмосферными явлениями, загрязнением окружающей среды.

Ученые уверены, что с его помощью удастся спрогнозировать, насколько вероятно увеличение количества и силы ураганов в связи с глобальным потеплением, а также в каких областях планеты этот эффект может проявляться наиболее сильно.

Уже сейчас, спустя несколько лет, после запуска проекта «Симулятор Земли» любой заинтересованный ученый может ознакомиться с полученными данными и результатами работы на Интернет-сайте специально созданном для этого проекта – http://www.es.jamstec.go.jp

В нашей стране вопросами глобального моделирования занимаются такие ученые как И.И. Будыко, Н.Н. Моисеев и Н.М. Сватков [15, 85, 97].

Следует отметить и ряд моментов, которые вызывают определенные трудности при использовании метода географического прогнозирования:

1.         Сложность и недостаточную изученность природных комплексов (геосистем) – основных объектов физической географии. Особенно слабо изучены динамические аспекты, поэтому географы пока не располагают надежными данными о скорости протекания тех или иных природных процессов. В результате отсутствуют достаточно удовлетворительные модели развития геосистем во времени и пространстве, а точность оценок предсказываемых изменений оказывается чаще всего невысокой;

2.         Качество и объем географической информации часто не отвечает требованиям прогнозирования. Имеющиеся материалы собирались в большинстве случаев не в связи с прогнозом, а для решения других задач. Поэтому они недостаточны полны информацией, репрезентативны и достоверны. Ещё не до конца решен вопрос о содержании исходной информации, сделаны лишь первые шаги на пути создания систем информационного обеспечения географических прогнозов большой точности;

3.         Недостаточно четкое представление о сущности и структуре процесса географического прогнозирования (в частности, в содержании специфических этапов и операций составления прогноза, их соподчинении и взаимосвязях, последовательности выполнения) [43].

4.         Достоверность и точность являются важными показателями, определяющими качество любого прогноза. Достоверность – это вероятность осуществления прогноза для заданного доверительного интервала [43]. О точности предсказания принято судить по величине погрешности – разности между предсказанным и фактическим значением исследуем переменной.

В общем плане достоверность и точность прогнозов определяется тремя основными моментами: а) уровнем теоретических знаний о формировании и развитии природных комплексов, а также степенью изученности конкретных условий территорий, являющихся объектом прогнозирования, б) степенью достоверности и полноты исходной географической информации, используемой для составления прогноза, в) правильностью выбора методов и методики прогнозирования с учетом того, что каждый метод обладает своими недостатками и имеет определенную область относительно эффективного применения [43].

Также говоря о точности прогноза, следует различать точность прогнозирования срока наступления ожидаемого явления, точность определения времени формирования процесса, точность выявления параметров, описывающих прогнозируемый процесс [44].

О степени погрешности единичного прогноза можно судить по относительной ошибке – отношению абсолютной погрешности к фактической величине признака. Однако оценка качества применяемых методов и методик прогнозирования может быть дана лишь по совокупности сделанных прогнозов и их реализаций. В этом случае наиболее простой мерой оценки является отношение числа прогнозов, подтвержденных фактическими данными, к общему числу выполненных прогнозов. Кроме того, для проверки достоверности количественных прогнозов можно использовать среднюю абсолютную или среднеквадратичную ошибки, коэффициент корреляции и другие статистические характеристики.

Помимо рассмотренных методов и приемов в географическом прогнозировании могут найти применение балансовые методы основанные на изучении изменения балансов вещества и методы, основанные на изучении изменения балансов вещества и энергии в ландшафтах в результате проведения хозяйственно-мелиоративных мероприятий [43].