Введение в анализ геосистем

Ниже изложены наиболее общие сведения, необходимые для описания и анализа природных и социоприродных объектов в категориях системного анализа. Формализация этих действий благоприятствует принятию объективных, научно обоснованных управленческих решений.

Основные понятия.

Система — это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, качества и возможности которой не являются результатом простого суммирования качеств и возможностей ее составных частей. Другими словами, при объединении некоторого количества элементов в систему у нее возникают принципиально новые характеристики, которые не были свойственны ни одному из элементов, вошедших в систему.

Вторым важным качеством системы является то, что ее ответ на возмущающее воздействие не есть арифметическая сумма ответов составляющих се элементов. Для осознания ответа системы на воздействие не всегда допустим подход по принципу «доза — ответ».

Любая система обладает той или иной структурой. В понятие сгруктуры включаются не только составные элементы системы, но и тип (вещественные, энергетические, информационные), характер (прямые — обратные; постоянные — эпизодические; с усилением — с ослаблением) и количество связей между элементами.

С точки зрения структуры различают системы однородные и дополнительные. Отличительным признаком однородных структур является однотипность элементов. Их примером могут быть сливающиеся водотоки первого порядка, образующие элементарный бассейн. Другим примером системы со структурой такого типа является одновозрастный монодоминангный лес. Не трудно заметить, что элементы таких систем дублируют друг друга, а, значит, являются легко заменяемыми. Утрата некоторого их количества не приведет систему в критическое состояние. Характер связей между элементами однородных систем таков, что возмущающий сигнал распространяется в них с затуханием.

В системах с дополнительными структурами, напротив, составляющие элементы разнородны и, в общем случае, не заменяемы (хотя одни элементы в определенных ситуациях могут частично брать на себя функции других). К таким системам относится, например, фация или урочище, в которых литогенная основа, растительность, почва, микроклимат являются составляющими систему подсистемами. Если обратиться к области промышленного производства, то примером дополнительной системы будет совокупность технологических процессов, создающих производственный цикл. Возмущающий сигнал в некоторых подсистемах дополнительных систем может распространяться с усилением.

Среди дополнительных систем есть группа, представляющая особенный интерес для экологической проблематики и разработки стратегии устойчивого развития. Эти системы часто называют иерархическими. Элементы иерархической системы сгруппированы в уровни или подсистемы. Последние могут быть как однородными, так и дополнительными.

Уровни имеют вертикальную соподчиненность, т. е. верхние уровни управляют нижними. При движении от нижнего уровня к верхнему количество элементов сокращается. Между элементами и уровнями системы существуют прямые и обратные связи.

Связи, которые выстраиваются в пределах одного уровня, называются горизонтальными связями, а те, что связывают уровни между собой (в прямом и обратном направлениях) — вертикальными связями.

Ряд особенностей таких систем позволяет им «восстанавливать» или «перестраивать» себя в ответ на внешние возмущения. Время, в течение которого система отреагирует на возникшее возмущение, в системном анализе называют характерным временем.

Возмущающие воздействия вызывают в системах те или иные изменения, масштаб которых определяется устойчивостью системы к конкретному воздействию или их совокупности. Понятию «устойчивость системы» в системном анализе может быть дано двоякое толкование. В первом случае под устойчивостью понимается неизменность системы во времени или пространстве при воздействии на нее внешних или внутренних возмущений. Такое понимание устойчивости не очень приветствуется и для него предлагается использовать термин «стабильность».

Во втором случае под устойчивостью понимается способность системы противостоять внешним и внутренним возмущениям, сохраняя равновесное состояние, а также структуру, характер функционирования и траекторию движения в течение относительно продолжительного времени, сопоставимого с характерным временем системы.

В большинстве случаев говорят не об устойчивости системы вообще (или отдельных ее подсистем), а об устойчивости к конкретным воздействиям. Как правило, систему можно считать устойчивой, если во времени у нее остаются неизменными не все 4 из указанных выше характеристик, а меньшее их количество. Тот ракурс, под которым изучается система, а также ее специфические свойства, как правило, и определяют, что именно должно оставаться неизменным для сохранения сю устойчивости.

То неизменное, что устойчивая система сохраняет на протяжении длительного времени и без чего она перестает быть сама собой, получило название «инвариант системы».