1. Современные направления в экологии

Одним из основных направлений современной экологии стало использование математического моделирования.

Определение:

Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

[“Большой энциклопедический словарь", 1993]

Модель - в математике и логике моделью какой-либо системы аксиом называют совокупность абстрактных объектов, свойства которых и отношения между которыми удовлетворяют данным аксиомам, служащим тем самым совместным определением совокупности.

В экологии модели применяются для осмысления зависимостей в экологической системе планеты и изучения принципов поведения экосистемы при различных обстоятельствах.

Например, математически можно моделировать процесс зависимости:

колебаний численности населения,

потребности в природных ресурсах,

потребления энергии,

транспортных потребностей,

объема выбросов в атмосферу.

Современная экология изучает:

загрязнение окружающей среды,

увеличение численности населения Земли (влечет за собой проблему повышения потребления энергии и разрушение естественной природной среды для обеспечения нужд самого человека),

возобновляемость природных ресурсов.

Изучения таких масштабов стали возможны не так давно и только с использованием компьютеров.

Компьютерное моделирование - использование компьютеров для математического и логического моделирования объектов исследования и процессов. Компьютерные модели позволяют изучать условия, которые трудно применять в реальных условиях и составлять прогнозы.

Компьютерная модель особенно незаменима для изучения последствий от внесения корректив в исходные данные.

Компьютерная графика используется для визуального представления объекта моделирования. Современные CAD системы позволяют представить модель в 3-х мерной проекции.

CAD системы (computer-aided design) - системы компьютерного проектирования и дизайна, позволяющие графически смоделировать объект исследования.

Появление таких систем было названо "новая промышленная революция".

Использование специального программного обеспечения CAD позволяет создавать модели, представляющую геометрию и другие характеристики объекта.

Такие модели анализируются компьютером и, при необходимости, перепроектируются. Обеспечивается гибкость при изучении альтернатив проектных решений без больших затрат или испытания физических прототипов.

В системах CAM (computer-aided manufacturing), компьютеры используются для планирования производственных процессов, контроля операций, проверки готовых деталей, управления заводом. Системы CAD и CAM могут быть связаны между собой через базу данных, которой могут пользоваться как проектировщики продукции, так и инженерный персонал при ее производстве.

При проектировании дорог использование систем моделирования позволяет выбрать вариант трассы с наименьшим негативным воздействием на окружающую среду, моделируя последствия от строительства сооружений, свести к минимуму объемы земработ, увидеть, насколько дорога вписывается в окружение и снизить визуальное загрязнение ландшафта.

Успех компьютерного моделирования в большой степени зависит от математической модели задачи и от входных параметров, например, точности данных о ландшафте местности и геологии.

Однако, чем более глобальна проблема, тем сложнее построение математической модели. Например, для того, чтобы понять каково отравляющее влияние газов от автомобилей на атмосферу необходимо огромное множество исходных параметров и знание их взаимной зависимости.

Сегодня, с помощью самых мощных компьютеров и самого совершенного программного обеспечения невозможно даже приблизиться к созданию надежных моделей земного климата.

Электронные таблицы SPREADSHEET - простые и недорогие программы для компьютерного моделирования. Сегодня наиболее распространены в бизнес-приложениях, моделирующих взаимозависимость экономических параметров. Например: как изменения цен повлияют на прибыль компании;

как изменение интенсивности движения и состава транспортного потока повлияют на потребление топлива.