Моделирование в экологии

Моделирование в экологии

Для изучения процессов, происходящих в экологических системах, используется как математическое, так и имитационное моделирование. В экологическом моделировании можно выделить два основных направления:

а) моделирование взаимодействия организмов друг с другом и с окружающей средой ("классическая" экология);

б) моделирование, связанное с состоянием окружающей среды и ее охраной (социальная экология).

Оба направления представлены большим количеством разработанных моделей.

Классическая экология

В классической экологии рассматриваются взаимодействия нескольких типов:

взаимодействие организма и окружающей среды;

взаимодействие особей внутри популяции (популяция — это совокупность особей одного вида,существующих в одно и то же время и занимающих
определенную территорию);

взаимодействие между особями разных видов (между популяциями).

Математические модели в экологии используются практически с момента возникновения этой науки. И хотя поведение организмов в живой природе гораздо труднее адекватно описать средствами математики, чем самые сложные физические процессы, модели помогают установить некоторые закономерности и общиетенденции развития отдельных популяций, а также сообществ. Может показаться удивительным, что люди пытаются воссоздать живую природу в искусственной математической форме, но есть веские причины,которые стимулируют эти занятия. Вот некоторые цели создания математических моделей в классической экологии.

Модели помогают выделить суть или объединить и выразить с помощью нескольких параметров важные разрозненные свойства большого числа  уникальных наблюдений, что облегчает экологу анализ рассматриваемого процесса или проблемы.

Модели выступают в качестве "общего языка", с помощью которого может быть описано каждое уникальное явление; относительные свойства таких явлений становятся более понятными.

Модель может служить образцом "идеального объекта"  или идеализированного поведения, присравнении с которым можно оценивать и измерять реальные объекты и процессы.

При построении математических моделей в экологии используется опыт математического моделирования механических и физических систем, но с учетом специфических особенностей биологических систем:

сложности внутреннего строения каждой особи;

зависимости условий жизнедеятельности организмов от многих факторов внешней среды;

незамкнутости экологических систем;

огромного диапазона внешних характеристик, при которых сохраняется жизнеспособность систем.

Социальная экология

Моделирование, связанное с состоянием окружающей среды, в свою очередь, распадается на ряд направлений. Назовем некоторые из них:

моделирование водных экосистем (трансформации компонент экосистемы, образования и превращения веществ, потребления, роста и гибели организмов);

моделирование продукционного процесса растений (для выбора оптимальной стратегии проведения сельскохозяйственных мероприятий: орошения, полива, внесения удобрений, выбора сроков посева или посадки растений с целью получения максимального урожая);

моделирование лесных сообществ (используются как для описания лесных массивов на больших пространственных и временных масштабах, так и для моделирования популяций, в которых основным объектом является отдельное дерево);

моделирование загрязнения атмосферы и поверхности земли промышленными выбросами (перенос загрязняющих веществ, ущерб, наносимый
здоровью населения, сельскохозяйственным угодьям, лесным массивам, почве, затраты навосстановление окружающей среды и т.д.);

глобальные модели, в которых Земля рассматривается как единая экосистема. Наиболее известные модели такого рода —  "ядерная зима"  (катастрофические последствия ядерной войны), глобальное потепление (парниковый эффект вследствие промышленной деятельности человечества) и т.д.

Привлечение компьютеров существенно раздвинуло границы моделирования экологических процессов. С одной стороны, появилась возможность всесторонней реализации сложных математических моделей, не допускающих аналитического исследования, с другой — возникли принципиально новые направления (например, имитационное моделирование).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/183611-modelirovanie-v-jekologii