ГЛОБАЛЬНІ МОДЕЛІ

Особливий статус мають математичні моделі, в яких розглядаються глобальні зміни біоти в результаті тих чи інших антропогенних впливів або змін клімату в результаті космічних або геофізичних причин. Класичною є модель ядерної зими, передбачила глобальна зміна клімату на термін в декілька десятиліть в бік зниження температур нижче нуля за Цельсієм і загибель біосфери в разі широкомасштабної ядерної війни. Ця модель і її подальше обговорення мали безсумнівну політичне значення і в великій мірі послужили причиною припинення гонки ядерних озброєнь.

При моделюванні глобальних екологічних процесів необхідно враховувати величезну кількість чинників, просторову неоднорідність Землі, фізичні і хімічні процеси, антропогенний вплив, пов'язані з розвитком промисловості і зростанням народонаселення. Складність завдання вимагає застосування системного підходу, вперше введеного в практику математичного моделювання Дж. Форрестер (Principles of systems. 1968 World Dynamics, 1971). Результатом робіт, виконаних на замовлення Римського клубу - міжнародної групи видатних бізнесменів, державних діячів і вчених стала побудована на основі ідей Дж. Форрестера комп'ютерна модель «World 1». У 1972 р результати цієї роботи були підсумовані в книзі D. Meadows et al. «The limits to Growth», яка викликала сенсацію. У моделі Земля була розглянута як єдина система, в якій відбуваються процеси, пов'язані з ростом населення, промислового капіталу, виробництва продуктів харчування, споживання ресурсів і забруднення навколишнього середовища. Результати моделювання взаємодії цих процесів привели до невтішного висновку про те, що якщо існуючі тенденції зростання чисельності населення світу, індустріалізації, забруднення навколишнього середовища, виробництва продуктів харчування і виснаження ресурсів залишаться незмінними, межі зростання на нашій планеті будуть досягнуті протягом найближчих десятиліть.

У наступні роки робота над моделлю була продовжена. Блоки, які характеризують кожну з процесів, були розроблені набагато більш детально, в модель включені дані, отримані за минулі роки фахівцями різних областей. Результати досить популярно викладені в книзі Donella Meadows, Dennis Meadows, Jorgen Randers «Beyond the Limits» (1994). Можливі шляхи досягнення гранично допустимого рівня чисельності людства схематично наведені на рис. 8.

Можливі шляхи досягнення гранично допустимого рівня чисельності населення (Д. Медоуз та ін., 1994)

Мал. 8. Можливі шляхи досягнення гранично допустимого рівня чисельності населення (Д. Медоуз та ін., 1994)

Прогноз розвитку системи в разі збереження існуючих в даний час тенденцій представлений на рис. 9. Як видно з цього малюнка, він відповідає четвертому сценарієм «виходу за межі» і колапсу (рис. 8). Для того щоб здійснився сценарій монотонного наближення до стійкого рівноваги (2 на рис. 8), необхідне прийняття програм стабілізації чисельності населення і обсягу промислового виробництва, впровадження технологій, що зменшують викиди забруднюючих речовин, ерозію грунтів і підвищують ефективність використання природних ресурсів (рис. 10) . Існує точка зору, що стабілізація чисельності населення відбудеться в силу системного розвитку людства в процесі так званого демографічного переходу (див. Динаміка популяцій). Прогнози такого типу моделей дають також критичну дату падіння (або стабілізації) чисельності людства близько 2030 року. Можливо, чисельність буде ще продовжувати рости приблизно до кінця наступного століття і зупиниться на цифрі 12-14 млрд, людина. Так чи інакше, робота над впровадженням енергозберігаючих технологій, боротьба проти хижацького витрачання природних ресурсів і за охорону навколишнього середовища залишається необхідною умовою виживання людства.

В даний час інтенсивно розробляються глобальні моделі для прогнозування кліматичних змін, пов'язаних з парниковим ефектом (Edmonds J., Reilly J. 1985; «Global Energy: Assessing the Future»), (Alkamo J. (ed), 1994: «IMAGE 2.0: Integrating Modeling of Global Climate Change »).

Такого типу інтегральні моделі включають в себе величезні масиви відомостей про включених в них підсистемах. Наприклад, розроблена в рамках міжнародної програми «Climate Change 1995. Impacts, adaptations and mitigation of Climate Change; Scientific-Technical Analysis »модель IMAGE (Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect) включає в себе кілька взаємопов'язаних блоків з різним ступенем просторової деталізації. Субмоделей «Промислова енергетична система» розглядає 13 промислових регіонів, в кожному з них підраховується витрачання енергії і промислова продукція. Субмоделей «Екосистема суші» в цій моделі розроблена найбільш детально: зміни моделюються на сітці зі стороною осередки в 0,5 градуса. Кожна осередок характеризується своїм кліматом, топографією, грунтом і рослинним покривом з урахуванням взаємодій растітельность- клімат-грунт і змін, що вносяться до цієї системи при експлуатації людиною земель для сільськогосподарських

Результати моделювання розвитку глобальних показників при збереженні існуючих тенденцій розвитку (Д. Медоуз та ін., 1994)

Мал. 9. Результати моделювання розвитку глобальних показників при збереженні існуючих тенденцій розвитку (Д. Медоуз та ін., 1994)

і промислових потреб. Зміни рослинного покриву розраховуються в спеціальній подмодели «ВЮМЕ» (Prentice, 1992). Розраховують потенційну продуктивність агрокультур і природного рослинного покриву, а також потреби населення даної території в їжі, кормі для тварин, деревині, паливі з урахуванням переваг населенням того чи іншого

Мал. 10. Розвиток глобальних показників в разі прийняття програми стабілізації чисельності населення і обсягу промислового виробництва, впровадження технологій, що зменшують викиди забруднюючих речовин, ерозії ґрунтів, і підвищують ефективність використання природних ресурсів (Д. Медоуз та ін., 1994)

виду їжі і економічних факторів. Враховуються також потоки продовольчих і промислових товарів з одних

районів Землі в інші, інтенсивність автотранспорту в даній місцевості, інфраструктура, чисельність населення. Таким чином встановлюються локальні моделі вуглецевого обміну для кожної місцевості і баланс газів, що визначають парниковий ефект, зміст яких в атмосфері включається в подмодель «Система атмосфери і океанів». Модель дає прогноз танення полярних Людов, підняття рівня світового океану, значного потепління клімату в північній півкулі, в тому числі на території Росії, і пов'язаного з цим зміщення кордонів рослинності, в тому числі широколистяних і хвойних лісів на північ в область тундри.

Сенс таких глобальних моделей полягає в тому, що вони дозволяють оцінити внесок окремих процесів і регіонів в загальний баланс речовини і енергії на Землі і вирішувати зворотну задачу про вплив на локальні процеси цих глобальних показників. Такий всебічний облік безлічі чинників і зв'язків можливий тільки в рамках моделей, що інтегрують знання про тисячі взаємозв'язків і десятках і сотнях тисяч параметрів просторово неоднорідної системи з використанням сучасної обчислювальної техніки і геоінформаційних технологій.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >