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..