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 2. Глобальные пpогнозы 80-х 3. Компьютepное моделиpование 4. Заключение 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. 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. 12