Применение цифровых приборов при экологических исследованиях

В то же время нестационарный и стохастический характер развития экологических систем приводит к значительной априорной неопределенности, которая вызывает серьезные трудности при моделировании.

В настоящее время можно отметить два направления развития имитационного моделирования экологических систем, где предлагаются достаточно конструктивные средства для работы с неопределенностью.

Первое направление оформилось как методика решения задач идентификации и верификации экологических моделей. Под идентификацией экологической модели понимается процесс определения и уточнения численных значений коэффициентов модели при исследовании конкретной экологической ситуации.

Для верификации моделей круговорота биогенных элементов используется методика связности, существенно уменьшающая неопределенность модели с помощью выделения связей, наложенных на параметры (из условий сохранения устойчивости особых точек для нескольких итераций модели).

Верификация существенно уменьшает неопределенность модели, но все же не дает однозначных численных значений для всех параметров системы. Поэтому коэффициенты модели, оставшиеся неопределенными, необходимо идентифицировать по реальным данным.

Второе направление представляет достаточно успешную попытку совместить процесс обнаружения скрытых закономерностей развития экосистемы и их интеграцию в математическую модель. В качестве методологической основы для данного подхода используется общая теория систем и теория статистических решений. Уточнение и конкретизация структуры модели осуществляется за счет сужения множества гипотез. Под структурой модели в данном контексте понимается алгоритм, определяющий вычисление выходных переменных системы через значения переменных на входе.

Говоря об имитационном моделировании, нельзя не отметить тот факт, что качественный анализ экологических моделей развит достаточно глубоко только для моделей малой размерности. Поэтому даже при наличии имитационной модели, обладающей всеми возможными достоинствами, дать оценку общего состояния экосистемы по 15-20 различным графиком представляется весьма затруднительно.

Рассмотрим информационную систему и систему поддержки мониторинга на следующих примерах:

I. Информационная система TerraNorte,

призванная осуществлять систематизированное хранение и обновление географических баз данных мониторинга наземных экосистем Северной Евразии и обеспечивать удаленный доступ пользователей к информации на основе Интернет-технологий.

Система TerraNorte

является одним из ключевых структурных элементов системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии, функциональная схема которого в обобщенном виде представлена на рис. 1 и включает в себя следующие основные компоненты:

1. Подсистема сбора и предварительной обработки спутниковых данных;

2. Подсистема тематического анализа спутниковых данных;

3. Подсистема анализа данных и моделирования;

4. Информационная система TerraNorte.

Ниже рассмотрено содержание указанных компонентов системы спутникового мониторинга наземных экосистем Северной Евразии.

Подсистема сбора и предварительной обработки спутниковых данных

предназначена для формирования архивов данных спутниковых наблюдений и получения улучшенных, т.е. очищенных от влияния факторов, ограничивающих их использование (облака, тени, аппаратные помехи и т.д.), а также при необходимости скорректированных за влияние атмосферы, угловых условий освещения и наблюдения, продуктов данных.

Классифицируя доступные в настоящее время и активно используемые для мониторинга наземных экосистем Северной Евразии спутниковые системы оптического диапазона длин волн по уровню пространственного разрешения, можно выделить следующие основные группы:

Данные низкого пространственного разрешения (~ 1 км), имеющие, как правило, наиболее высокую периодичность наблюдений и способные не реже чем ежесуточно обеспечивать глобальное покрытие Земли (в бореальной зоне до 2-3 раз в зависимости от широты местности). К спутниковым инструментам этого уровня разрешения относятся системы NOAA-AVHRR, SPOT-Vegetation и Terra/Aqua-MODIS, обеспечивающие получение данных измерений в широком диапазоне длин волн оптического спектра.

Другие статьи по экологии

Термическая утилизация полимерных отходов, содержащих поливинилхлорид
На основе поливинилхлорида (ПВХ) получают более 3000 видов композиционных материалов и изделий, используемых в электротехнической, лёгкой, пищевой, автомобильной промышленности, машинострое ...

Трехфазный цикл
Трехфазный цикл имеет отличие от четырехфазного в том, что исключается одна из последних фаз четырехфазного цикла, например процесс охлаждения адсорбента как самостоятельная фаза: слой поглотителя о ...

Роль экологических факторов в динамике численности организмов
Свойства среды, оказывающие на организмы разностороннее воздействие, называются экологическими факторами. Актуальность данной темы состоит в том, что в природе эти факторы действуют не из ...