Мониторинг в системе «природа – общество»

Реальная оценка значимости экологических проблем и своевременное выявление наиболее опасных тенденций в развитии социально-экологических систем различного уровня на современном этапе немыслимо без применения методов прогнозирования на основе различных моделей. Основное требование, предъявляемое к любой модели, — ее соответствие моделируемой системе.

Широкое применение находят физические модели тех или иных устройств, представляющие уменьшенные копии этих устройств в целом или их отдельных подсистем. В экологии примерами таких моделей могут служить обычный аквариум и террариум. При проектировании масштабных мероприятий, связанных с преобразованием природы, например при создании крупных гидросооружений, строятся уменьшенные модели устройств, на которых исследуются процессы, происходящие при различных режимах или иных заранее запрограммированных воздействиях.

Концептуальные модели представляют принципиальные блоковые схемы взаимодействия тех или иных подсистем и процессов в пределах более широких систем (схема биогеоценоза, круговороты веществ и др.). Эти модели могут быть усложнены, если каждому приводимому на схемах блоку будет дана численная интерпретация.

Графические модели — это зависимости между различными процессами, представленные в системе прямоугольных координат (типа динамики популяций). Эти модели, характеризующие изменение одного параметра в зависимости от изменения другого, широко используются в физике, биологии и т. д. Они могут быть представлены также в форме табличных данных.

Важнейшим и перспективным направлением изучения систем и процессов любой сложности является математическое моделирование, в общем случае заключающееся в формализации и исследовании поведения систем и их компонентов с помощью математики. Описание процессов на языке математики придает выводам строгость доказательств вплоть до формулирования теории.

При математическом моделировании, в отличие от других форм моделирования, исследуемое явление заменяется его математическим описанием, воспроизводимым вычислительными средствами. Таким образом, эксперименты проводятся не с реальными объектами, а с вычислительной техникой, в которую заложена математическая модель явления.

Конечно, никакая имитация полностью заменить человеческий мозг не может, и поэтому основной путь развития — это создание сложных человеко-машинных систем, сочетающих огромные скорости обработки информации с гибкостью человеческого ума, интуиции и эвристической деятельности. Сложные процессы, происходящие в живых системах, в том числе в условиях многообразного антропогенного развития, могут рассматриваться как процессы управления с обратной связью. Эти модели могут быть реализованы как в виде уравнений функциональных зависимостей, так и в виде программ.

В настоящее время разработано множество прогнозов перспектив развития человечества, в большинстве из которых применен метод глобального моделирования, связанный с выдвижением на первое место общечеловеческих социальных ценностей, вопросов образования, культуры. Прогнозы показывают, что альтернативой экономическому росту становится концепция устойчивого развития, а экологические проблемы все чаще рассматриваются сквозь призму экономики.

Переход биосферы в ноосферу предусматривает управление развитием как общества, так и биосферы, что в будущем должно не только исключить всякие отрицательные последствия природопользования, но и исправить тс, что уже имели место. Таким образом, необходимы: во-первых, текущий учет изменений в окружающей среде и предотвращение ухудшения ее качества; во-вторых, прогноз изменений в окружающей среде и связанных с ними экологических последствий.

Чтобы разумно управлять природопользованием, не допуская или своевременно предупреждая нежелательные отклонения качества среды, необходимо располагать данными о том, какая именно среда оптимальна для нормальных условий жизни человека. Оптимальность оценивается по качеству среды, т. е. такой совокупности ее параметров, которая всецело удовлетворяет как экологической нише человека, так и научно-техническому прогрессу общества.

Качество среды может быть выражено в абсолютных или условных единицах (баллах), характеризующих каждый из критериев или параметров (состояние воздуха, воды, природных ресурсов и пр.). Такой индекс качества природной среды дает возможность ежегодно устанавливать, за счет какого фактора или ухудшения состояния какого ресурса снижается индекс.

Чтобы иметь информацию об изменениях в экологической системе и вовремя реагировать на эти изменения соответствующими решениями, необходима некоторая «точка отсчета», т. е. какое-то определенное значение тех или иных показателей данного качества, которое называют фоновым. Параметры фонового состояния меняются под влиянием деятельности человека, причем существуют некоторые критические уровни качества среды (минимальный и максимальный), за пределы которых посторонние воздействия не должны выводить данную систему, так как иначе в ней могут произойти необратимые изменения (рис. 1.7).

Таковыми, в частности, считаются предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) или предельно допустимые концентрации (ПДК) тех или иных чуждых данной системе веществ — ксенобиотиков. В связи с этим необходимо искать критические или наиболее чувствительные звенья в экосистемах, которые быстрее и точнее всех характеризуют их состояние, а также показатели, соответствующие наиболее сильно воздействующим факторам и указывающие на источник такого воздействия.

Эти мероприятия входят в систему мониторинга — систему наблюдений за изменениями состояния среды, вызванными антропогенными причинами, которая позволяет прогнозировать развитие этих изменений. Объектами мо;

Рис. 1.7. График функции состояния элементов некоторой системы h*(t) во времени при различных нагрузках:

1, 7 — нижний и верхний критические пределы изменений; 2, 6 — нижний и верхний допустимые пределы изменений; 3 — фактическое состояние системы при антропогенном воздействии; 4 — нормальное состояние системы; 5 — возбужденное состояние системы. Интервалы между фактическим состоянием 3 и верхним 6 или нижним 2 допустимыми пределами изменений характеризуют экологический резерв (ЭР) воздействия ниторинга могут быть природные, антропогенные и природно-антропогенные экосистемы. Цель мониторинга — не только пассивная констатация фактов, но и проведение экспериментов, моделирование процессов в качестве основы прогнозирования. Организация мониторинга должна решать как локальные задачи наблюдения за состоянием отдельных экосистем или их фрагментов, так и задачи планетарного порядка, т. е. предусматривать систему глобального мониторинга (СГМ), базой которой является космическая и вычислительная техника.

Экологический мониторинг должен включать звенья разного уровня:

• 1) глобальный (биосферный) мониторинг, осуществляемый на основе международного сотрудничества;
• 2) национальный мониторинг, организуемый в пределах государства специально созданными органами;
• 3) региональный мониторинг, действующий в пределах отдельных крупных территорий;
• 4) локальный мониторинг, учитывающий изменения качества среды в пределах населенных пунктов, промышленных центров, непосредственно па предприятиях.

Для осуществления мероприятий глобального и национального мониторингов, т. е. для получения информации об изменениях качества среды, происходящих в биосферном уровне, необходима организация длительно действующих территориальных комплексов с минимальным или практически нулевым предшествующим антропогенным воздействием, т. е., с некоторым фоновым уровнем качества среды, в сравнении с которым устанавливается степень воздействия человека на биосферу (биосферные заповедники).

Пример локального мониторинга — постоянная система наблюдения и контроля загрязнения воздуха в городах, на транспортных магистралях, осуществляемая органами в соответствии с ГОСТами с помощью системы стационарных и передвижных постов. Такая система существует в большинстве крупных городов нашей страны. К локальному мониторингу относится и деятельность санитарнопромышленных лабораторий на предприятиях.