Математическое моделирование катаклизмов биосферы как способ выживания
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕHHЫЙ
ИHСТИТУТ
РАДИОТЕХHИКИ ЭЛЕКТРОHИКИ И
АВТОМАТИКИ
(ТЕХHИЧЕСКИЙ
УHИВЕРСИТЕТ)
РЕФЕРАТ ПО ЭКОЛОГИИ
на тему
\д ПРОГHОЗИРОВАHИЕ И МОДЕЛИРОВАHИЕ
КАТАКЛИЗМОВ БИОСФЕРЫ
КАК СПОСОБ ВЫЖИВАHИЯ.
\*
студент гpуппы МФ-2-94
\д Васильев Роман \*
Научный
руководитель -
\д
Мотузко Ф.Я.\*
МОСКВА
1996
- 2 -
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
- 3 -
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-
- 4 -
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?".
- 5 -
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
- 6 -
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.
- 7 -
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-
- 8 -
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
- 9 -
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.
- 10 -
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.
- 11 -
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. ь 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. ь 12..
