МАТЕМАТИЧНА ЕКОЛОГІЯ

Вступ

Екологія - розвивається міждисциплінарна область знань, що включає уявлення практично всіх наук про взаємодії живих організмів, в тому числі людини, з навколишнім середовищем. До середини XX століття екологія являла собою одну з біологічних дисциплін, а саме, науку про взаємодію організмів з навколишнім середовищем. Сучасна екологія, поряд з цим, включає в себе науку і практичні методи контролю за станом навколишнього середовища - моніторинг, охорону навколишнього середовища, вчення про біогеоценозах і антропологічних впливах на природні екосистеми, еколого-економічні та еколого-соціальні аспекти. Все це визначає і предмет математичної екології, яка об'єднує математичні моделі і методи, використовувані при вирішенні проблем екології.

Фундаментом математичної екології є математична теорія динаміки популяцій (див. Динаміка популяцій), в якій фундаментальні біологічні уявлення про динаміку чисельності видів тварин, рослин, мікроорганізмів і їх взаємодії формалізовані у вигляді математичних структур, в першу чергу, систем диференційних, інтегро-диференціальних та різницевих рівнянь.

Будь-яка екосистема складається з нелінійно взаємодіючих підсистем, які можна упорядкувати в деяку ієрархічну структуру. У міру об'єднання компонентів, або підмножин, в більші функціональні одиниці, у цих нових одиниць виникають властивості, відсутні у складових її компонентів. Такі якісно нові «емерджентні» властивості екологічного рівня або екологічної одиниці не є простою сумою властивостей компонентів. Наслідком є неможливість вивчення динаміки складних екосистем шляхом їх ієрархічного розчленування на підсистеми і подальшого ізольованого вивчення цих підсистем, оскільки при цьому неминуче втрачаються властивості, які визначаються цілісністю системи, що вивчається.

Вплив зовнішніх факторів на екологічну систему також можна розглядати незалежно один від одного, так як комбінована дія не можна звести до суми діючих факторів. Тим більше складним завданням є кількісний опис реакції складної системи на комплексний вплив різних чинників.

Всі ці обставини призводять до неможливості описати складними екосистемами за допомогою простих скорочених «ме ханізменних» моделей. Необхідні або складні імітаційні моделі, що поєднують в одну складну систему на модельному рівні знання про елементи системи і типах їх взаємодії, або спрощені інтегровані моделі типу «вплив-відгук», що інтегрують дані великого числа спостережень над екосистемою.

Імітаційні комп'ютерні моделі включають уявлення про компоненти систем і їх взаємозв'язках як у вигляді власне математичних об'єктів: формул, рівнянь, матриць, логічних процедур, так і у вигляді графіків, таблиць, баз даних, оперативної інформації екологічного моніторингу. Такі багатовимірні моделі дозволяють об'єднати різнорідну інформацію про екологічну або еколого-економічній системі, «програвати» різні сценарії розвитку і виробляти на моделі оптимальні стратегії управління, що неможливо робити на реальній системі в силу її унікальності і обмеженості часу.

Імітаційний підхід, також як і моделювання екосистем за допомогою функцій відгуку, вимагає високорозвиненою обчислювальної техніки, тому математична екологія, як розвинена і практично використовувана наука, набула поширення тільки в останні десятиліття XX століття. Широке застосування математичного апарату стимулювало розвиток

теоретичної екології. Побудова математичних моделей вимагає упорядкування та класифікації наявної інформації про екосистемах, призводить до необхідності планувати систему збору даних і дозволяє об'єднати на змістовному рівні сукупність фізичних, хімічних і біологічних відомостей і уявлень про окремі відбуваються в екосистемах процесах.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >