Моделирование в географии: классификация моделей и особенности применения.

Моделирование географических систем основывается на применении математических методов в географии. Создание на основе географических данных различных математических моделей позволяет сформулировать развитие того или иного процесса во времени, дать прогнозную оценку потенциала географического пространства. Научная общественность проявляла большой интерес к географическому моделированию в 60-70 годы прошлого века, однако потом интерес к данному направлению иссяк, так как математические схемы того, времени были слишком далеки реальных потребностей географии. Сейчас же наблюдается возрождение интереса к данному направлению, так как география больше не рассматривается как наука, развивающая отдельные направления, а как комплексная наука, включающая экономические, экологические, экономически и социальные составляющие. Ученые всерьез задумываются над созданием комплексных перспективных планов развития мини-территорий, и здесь не обойтись без математических моделей.

Математическое моделирование сейчас выступает как форма обоснования научных выводов, обеспечения однозначности суждений, повышения достоверности научно-исследовательских результатов, как основа проверки гипотез и создания теоретической базы географической и смежных наук.

n Моделирование - универсальный метод научного исследования, незаменимый для изучения сложных систем. Моделирование основано на принципе подобия. Модель – упрощенный, неполный аналог изучаемого объекта. Она играет роль посредника между объектом и исследователем, выступая в качестве своего рода «заместителя» объекта. Одной из первых моделей географической действительности явилась карта. К настоящему времени круг моделей, используемых в географии, необычайно расширился..Выделяют модели мысленные или идеальные (образные и гипотетические, отображающие действительность в сознании исследователя), материальные (физические, например лотки в гидрологии, и пространственно-подобные, например макеты форм рельефа), образно-знаковые, знаковые или символические(математические).

Классы моделей

1. Вербальные

любое описание выполняющее функцию замещения объекта в процессе его использования

2. Графические

Элементы и связи исследуются с помощью геометрических фигур и стрелок

3. Математические

Модели, где процессы и связи исследуются с помощью математических символов

 

 

Графические модели

n Блоковые модели занимая важное место в ряду наилучшим образов отражают реальную связь между элементами и частями систем и системой в целом, между системой и ее окружением. Они выразительно, в явной форме и наглядно отражают идею исследователя. Обострилась потребность в блоковых моделях в период развертывания массовых стационарных исследований.

n Картографические модели. Весь картографический материал должен создаваться с учетом опыта картографии в плане подбора способов картографического изображения. Необходим такой подбор способов изображения или их комбинаций, который позволяет графически выразительно отображать сущность явлений, по возможности с указанием связей с другими элементами. Например, при создании ландшафтных картс использованием их историко-генетической классификации по В. А. Николаеву необходимо соответствующее графическое отображение морфологии групп, типов, родов ландшафтов с показом иерархии и внешних связей как между элементамиодного уровня, так и с системами более высоких или низких ступеней. Достигнуть этого можно не только при разработке легенды, но и выбором наглядных способов изображения, комбинацией цветов или штриховок, передающих логику классификации.

n Аэроснимки и космические снимки. Речь идет о результатах различного вида дистанционных съемок (фото, тепловой, лазерной, радарной). Они, бесспорно, выступают для исследователя моделями – заместителями местности. В то же время это модели особого рода. Отделение существенных и несущественных черт осуществляется в них с помощью приборов, разрешающая способность которых определяет меру «замещения» местности. Снимки богаты содержанием. Но все же пока они чаще занимают место в ряду: местность – блоковая модель – снимок – карта. Иными словами, они выполняют функцию модели-инструмента, модели-протокола.

Математические модели

n Математические модели представляют собой набор символов. К ним должна быть приложена программа для дальнейшей обработки данных на ЭВМ. Эти модели широко применяются в ландшафтоведении. Особенно интенсивно этот процесс стал развиваться в 80-е гг. ХХ-го столетия, что связано с внедрением персональных компьютеров, позволяющих оперативно обрабатывать получаемую разнородную информацию и выдавать ее потребителю в удобном для него виде

n Функции моделей:

n - нормативная

n - собирательная

n - эталонная

n - системообразующая

n - объяснительная

n - конструктивная

n - прогнозирующая

В географии широко распространилось имитационное моделирование. Хорошим и простым примером может служить имитация развития системы населенных мест

В основу эксперимента закладывались правила развития системы, и на ЭВМ"проигрывались" пути их реализации с помощью алгоритма статистических испытаний (метода Монте-Карло). Результат, полученный И. С. Матлиным, не только имитирует сеть поселений, но и подчеркивает их иерархию, связанную с основным положением теории центральных мест Кратко метод Монте-Карло заключается в следующем. Исследуемое явление представляется как некая абстрактная система, которая может находиться в нескольких различных состояниях. При этом считается, что нахождение системы в каком-либо из состояний случайно и вероятность этого факта подчиняется определенному закону распределения, который характеризует как саму систему, так и связи между различными ее состояниями. С помощью таблиц случайных чисел или датчиков псевдослучайных величин моделируются конкретные реализации состояний для исследуемой системы. Обрабатывая полученную таким образом информацию о системе методами математической статистики, получают требуемые численные результаты.

Моделирование географических процессов в глобальных масштабах, ставшее актуальным в последние десятилетия, отличается наибольшей сложностью. На основании математических моделей глобального климата при задании различных сценариев ядерной войны некоторые американские и советские ученые пришли к выводу о реальной опасности «ядерной зимы». При численном моделировании в глобальных масштабах неизбежен ряд допущений, влияние которых на результаты расчетов не поддается экспериментальной проверке. Одно из существенных ограничений связано с невозможностью учета всех региональных различий в протекании процессов, стимулируемых предполагаемым воздействием.