Понятие моделирования. Виды моделей.

В экологии под моделью довольно часто понимается материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал, и его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале. Модель неизбежно упрощает действительность и в то же время показывает особенно ярко элементы и связи, интересующие ученого.

Моделирование – метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования (натурного, математического, логического). Основывается на теории подобия (сходства) с объектом-аналогом.

Требования, предъявляемые к моделям

Важнейшие требования к любой модели – ее подобие с моделируемым предметом и наличие следующих свойств:

- модель – это увеличенное (клетка) или уменьшенное (глобус) подобие объекта;

- модель может замедлить быстро протекающие процессы или ускорить медленно протекающие;

- модель упрощает реальный процесс, что дает возможность обратить внимание на главную сущность объекта.

Виды моделей

Модели принято делить на две группы:

1. материальные (Физические)

2. идеальные (Математические,Графические,Кибернетические,Имитационные)

При физическом моделировании изучаемое явление воспроизводится в том или ином масштабе с сохранением его физической природы.

Математическое моделирование представляет собой способ исследования экологических явлений путем изучения процессов, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими соотношениями.

Математическое моделирование широко применяется при решении экологических проблем, связанных с антропогенными воздействиями на природную среду. В современных математических моделях выделяют тактические и стратегические модели.

Тактические модели экосистем и популяций служат для экологического прогнозирования их состояния, в том числе при разного рода экзогенных воздействиях.

Стратегические модели строят в основном с исследовательскими целями, для вскрытия общих законов функционирования биологических систем, таких, как стабильность, разнообразие, устойчивость к воздействиям, способность возвращаться в исходное состояние. Модели, которые описывают взаимодействие общества и природы и в которых учитывают не только экологические, но и экономические, демографические и социальные показатели, называют эколого-экономическими моделями.

Математические модели, строящиеся с применением ЭВМ, называют кибернетическими.

Исследования, в которых ЭВМ играет важную роль в самом процессе построения модели и проведения модельных экспериментов, получили название имитационного моделирования, а соответствующие модели – имитационных.

Графические модели представляют блоковые схемы или раскрывают зависимость между процессами в виде таблицы-графика.

Графическая модель позволяет конструировать сложные эко- и геосистемы.

По охвату территории все модели могут быть: локальными, региональными и глобальными.

В дальнейшем появились модели техносферы и модели, учитывающие антропогенное воздействие на компоненты планетарной экосистемы с проведением численных экспериментов и формированием качественных и количественных прогнозов.

26. Основные методы моделирования.

Для решения основных задач современной экологии выделяют три главные группы методов:

1. натурные наблюдения;

2. эксперименты;

3. моделирование.

Натурные наблюдения в природе - исторически первый прием экологического исследования. Эти исследования прошли длительный путь развития - от красочных описаний картин природы до современных комплексных программ изучения экосистем с помощью новейшей аппаратуры и космических спутников.

В практике современных экологических исследований может использоваться сложнейшая трехуровневая система наблюдений.

Например, контроль качества поверхностных вод и экологического состояния водоема с использованием космических аппаратов, аэрофотосъемок, автоматических самописцев и других дистанционных и инструментальных методов.

Отличие эксперимента от наблюдения состоит в том, что исследователь сознательно вносит определенные изменения в экосистему и следит за ее ответной реакцией. Например, слежение за перемещением стада оленей в естественных условиях с помощью вживленных в тело животных миниатюрных радиопередатчиков является не экспериментом, а всего лишь наблюдением. В то же время регистрация (даже без всякой аппаратуры) численности того же стада после введения искусственной подкормки будет экологическим экспериментом.

Эксперименты делят на лабораторные и полевые.

В лабораторных экспериментах можно обеспечить контроль большого числа факторов, исключив воздействие неконтролируемых.

Классической схемой проведения лабораторных опытов является однофакторный эксперимент, когда изучается влияние избранного фактора при зафиксированных значениях всех остальных. Однако при изучении биологических объектов (в отличие от физических) однофакторный эксперимент малоэффективен, так как поведение биосистем зависит от комплекса факторов. Поэтому лишь многофакторные эксперименты с предварительным планированием могут дать удовлетворительные результаты в экологии, поэтому в экологии лабораторные эксперименты играют второстепенную роль.

В естественных условиях экспериментатор контролирует экологические факторы ограничено, так как динамика процессов зависит от многих факторов, в том числе от погодных, биологических и антропогенных. Непреднамеренные эксперименты, являясь следствием естественных процессов или антропогенной деятельности, вносят немалый вклад познание природы. Непреднамеренные антропогенные эксперименты - это вся история развития цивилизации, в процессе которой человек постоянно экспериментирует с природой.

Значение натурного эксперимента в экологии чрезвычайно велико. Однако экологический эксперимент более эффективен в сочетании с моделированием.

Моделирование. Системный подход в экологии обусловил формирование целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью — системной экологией. Системный подход — это направление в методологии познания объектов как систем.