Математическое моделирование экологических систем

Введение в экологию энергетики

Информационное описание экосистем: показатели, «индексы» и шкалы их измерения "Систематика" экологических показателей

Статистическая постановка задачи экологического мониторинга предполагает, что наблюдается некоторое множество экологических состояний. Оно может содержать как различные состояния одного объекта, так и состояния разных объектов, соизмеримых между собой в количественном отношении.

Для количественной характеристики объектов или явлений в теории информационных систем (см. раздел 1.6) употребляется понятие особого рода – «показатель». Он обычно состоит из численного выражения и набора качественных реквизитов, определяющих конкретные условия, способ, место и время проведения измерения.

Для описания наземных экосистем предложен набор, включающий свыше 80 различных показателей [Исаков с соавт., 1986], но и он неполон и не всегда применим к водным экосистемам, для которых нужно разрабатывать свою систему показателей. В предыдущей главе мы достаточно подробно описали состав показателей нашей гидробиологической базы данных. Чтобы окончательно определиться со взглядами гидробиологов по поводу того, какие показатели должны включаться в модель, приведем с незначительными сокращениями выдержку из статьи А.И. Баканова [2000б].

«Различные показатели можно классифицировать по разным основаниям:

показатели измеряемые (численность, биомасса...) и расчетные (продукция, агрегированность...); Головной отраслевой научный центр стандартных справочных данных На основании постановления Правительства от 2 августа 2005 г. №486 был создан Головной отраслевой научный центр данных о физических константах и свойствах веществ и материалов при ФГУП «ЦНИИАТОМИНФОРМ» для выявления потребностей отрасли в справочных данных, сбора, накопления, оценки и систематизации и распространения данных по различным тематическим направлениям отрасли.

показатели простые (характеризующие объект с одной стороны), комбинированные (характеризующие объект с разных сторон) и комплексные (включающие соответствующие характеристики нескольких компонентов экосистемы);

показатели отдельных компонентов и системные показатели, отражающие целостные свойства экосистемы;

показатели структурные и функциональные;

показатели статические и динамические;

показатели, которые могут быть выражены производной по времени (характеризуют скорость каких-либо изменений), и показатели, выражающиеся интегралом во времени (характеризуют итог какого-либо процесса) [Федоров с соавт., 1980].

Целостные свойства экосистем могут характеризовать следующие показатели:

степень автономности (включенность в систему высшего ранга);

целостность (автономность элементов системы), сюда же примыкают: организованность, упорядоченность, жесткость, степень централизации, эмерджентность, суммативность;

неидентичность (важно при прогнозировании по аналогии);

насыщенность (связана с экологической емкостью);

структурность (количество подсистем, уровней, блоков...);

разнообразие и вариабельность элементов;

пространственное разнообразие (в том числе степень сконденсированности);

сложность, стабильность, устойчивость, живучесть, надежность, чувствительность;

степень вещественной, энергетической и информационной открытости;

пропускная способность;

временные характеристики: наличие тренда, период и амплитуда колебаний, время задержки, степень консервативности, собственный период колебаний, время возвращения в исходное состояние, скорость и ускорение сукцессии, зрелость, быстродействие;

лабильность (соотношение устойчивости структуры и подвижности функций);

степень оптимальности (эффективности) функционирования, в том числе для конкретных видов использования;

степень адаптированности, прогнозируемости и управляемости;

степень "нормальности" или "патологичности";

показатели, характеризующие взаимодействие экосистемы и человеческого общества (антропогенная нагрузка, самоочищающая способность, продуктивность, рекреационные возможности и т.д.).

Помимо разработки количественных показателей необходимо указать возможность их содержательной интерпретации, область применения, методику оценки систематических и случайных ошибок, охарактеризовать устойчивость показателей к ошибкам в исходных данных и к малым возмущающим воздействиям, к отклонению статистического распределения от нормального.»

Мы привели столь обширную цитату не без прагматического смысла – иначе нам пришлось бы самим, в целях полноты изложения, придумывать некий похожий классификатор . Несмотря на некоторую схематичность и эклектичность, достоинство приведенного списка заключается в исчерпывающей полноте, хотя нам трудно представить, как на современном этапе можно вычислить большинство перечисленных целостных характеристик экосистем. Поэтому ограничимся в своих последующих расчетах и аналитических выводах признаками, непосредственно основанными на показателях обилия видов (вслед за В.И. Василевичем [1969], под обилием мы понимаем любую меру, характеризующую массовость вида на данном участке, что соответствует английскому аналогу quantity of species).

В состав объектно-характеристических матриц, участвующих в математической обработке, мы будем включать не только непосредственные значения численности N (экз/м2) и биомассы В (г/м2), традиционно используемые для оценки состояния видовых популяций в пробах зообентоса, но и некоторый набор обобщенных показателей – "индексов", подробно описанных в главах 3 и 4. Отношение к таким расчетным показателям вряд ли можно назвать однозначным.


Информационное описание экосистем