Зміст та просторово-часові масштаби прогнозу.

Поняття прогнозу визначається як науково обгрунтоване судження щодо можливих станів об’єкта у майбутньому, а прогнозування - як процес розробки прогнозу. Переважна більшість ландшафтознавців та геоекологів, які займаються цією проблемою, вкладають у ландшафтний (геоекологічний) прогноз та прогнозування аналогічний зміст (В.С. Аношко, О.Г. Ємельянов, А.Г. Ісаченко, Х.Ноймайстер, Х. Ріхтер, Ю.Г. Симонов та ін.). Ландшафтно-екологічне прогнозування можна визначити як наукові дослідження геосистем з метою визначення ймовірностей змін їх станів, просторових взаємодій, можливостей виконання різних функцій у майбутніх умовах зовнішнього середовища, включаючи в поняття останнього і проектовані антропогенні впливи. Ландшафтно-екологічний прогноз - результат цього прогнозування і може бути представлений у прогнозних картах, графічних та математичних моделях або у вербальній (описовій) формі.

Важливою рисою ландшафтно-екологічного прогнозу є його поліваріантність – тобто прогноз кількох можливих (ймовірних) змін геосистем у майбутньому. Ця особливість зумовлена ймовірнісним характером змін геосистем контролюється багатьма факторами, більшість із яких випадкові (стохастичні). Точно передбачити їх принципово неможливо (не тільки через наше недостатнє знання природи, скільки внаслідок її стохастичності), тому потрібно: для кожного виду геосистеми встановити ті види геосистем, у які вона потенційно може перейти за деякий часовий інтервал; для кожного з цих переходів визначити ймовірність його здійснення. До цього і має зводитись ландшафтно-екологічне прогнозування – для кожної геосистеми визначити ймовірність, з якими вона за інтервал часу може перейти із свого початкового стану до іншого або змінитися на геосистему іншого виду.

Ландшафтно-екологічні прогнози розрізняються за просторовим та часовим масштабами. Під просторовим масштабом прогнозування мається на увазі ранг геосистем, зміни яких прогнозуються, та площа території, для якої складається прогноз. Часовий масштаб визначається часом упередження прогнозу – тобто відрізком часу, на який прогнозується ландшафтно-екологічна ситуація. З точки зору вирішення практичних завдань, пов’язаних з ландшафтно-екологічним обгрунтуванням проектування природно-технічних систем та управління ними, прогнози за часовим масштабом доцільно поділяти на такі типи:

оперативні прогнози (строк упередження – до одного року). Прогнозування зміни станів геосистем, зумовлені процесами сезонної динаміки з характерними часами (ХЧ) порядку 10-20 діб. Оптимальним для них є прогноз зміни стексів геосистем, виражений у ймовірностях зміни одного стексу на інші його види. Такий прогноз можна подати в прогнозному етоциклі геосистеми. У практичному відношенні оперативні прогнози здебільшого є управлінськими, тобто призначені для прийняття рішень по управлінню певної соціальної функції, яку має виконувати геосистема (призначення норм та строків поливів, визначення оптимальних строків агротехнічних заходів тощо);

короткострокові прогнози (строк упередження до 5 років). Прогнозуються зміни станів геосистем, зумовлені динамічними процесами з ХЧ порядку 10 років (осолонцювання, засолення грунтів, зміна хімічного складу та ступеня мінералізації ґрунтових вод, глибини залягання їх рівня, вміст забруднюючих речовин у різних геогоризонтах). Ці процеси переважно ландшафтно-флуктуаційної природи, сукцесія за такий час проявитися не встигає. Прогноз здебільшого управлінський. За ним приймаються рішення, що здійснюються, наприклад, протягом однієї ротації сівозміни (визначаються оптимальні строки плантажної оранки, гіпсування грунтів тощо). Можуть складатися також короткострокові конфірмативні прогнози, тобто такі, які підтверджують або спростовують припущення щодо можливості виникнення небажаних змін геосистем при їх певному використанні;

середньострокові прогнози (строк упередження до 25-50 років). Прогнозуються зміни геосистем сукцесійного характеру (ХЧ порядку 10-1 – 10-2 років), перебудова ландшафтних територіальних структур (мережі ландшафтних меж), зміни горизонтальних динамічних зв’язків між геосистемами. Середньостроковим ландшафтно-екологічним прогнозам надається особливо важливого значення, оскільки за цей час реалізуються найбільш суттєві зміни геосистем, а також тому, що строк 25 – 50 років здебільшого відповідає часу, протягом якого характер технологічного втручання в геосистеми принципово не змінюється (в середньому перехід на нові виробничі, сільськогосподарські та інші технології здійснюється через 25- 50 років). Середньострокові прогнози виконуються при ландшафтно-екологічному обґрунтуванні проектів меліоративних, містобудівних, рекреаційних та інших природно-технічних систем. Вони можуть бути конфірмативного (обґрунтовуються або відхиляється можливість реалізації певного проекту, наприклад, створення в даному регіоні меліоративної системи, будівництва АЕС тощо) або планіфікаційного типу (прогноз є основою проектування природно-технічних систем, обґрунтування оптимальних проектних рішень по функціональному використанню геосистем, необхідних природоохоронних заходів тощо);

довгострокові прогнози (строк упередження більше – 50 років). Складаються для визначення загальних тенденцій ландшафтно-сукцесійних та еволюційних змін геосистем і мають переважно теоретичне значення.

За просторовим масштабом ландшафтно-екологічні прогнози поділяються на:

локальні – об’єктами прогнозування є геотопи, наногеохори, мікрогеохори, ландшафтні смуги, ПГ-ланки, ПГ-сектори, окремі біоцентри, басейнові ЛТС 1-го, 2-го, рідше 3-го порядків. В адміністративному відношенні локальні прогнози відповідають території господарства, лісництву, іноді – кільком полям сівозміни;

субрегіональні, об»єктами яких є мезо- та макрогеохори, ландшафтні яруси, пара динамічні райони, ПГ-смуги, басейни 3-4 порядків, біоцентрично-сітьові структури. Складаються вони для адміністративних районів, областей, території великого міста з його хінтерландом (наприклад, для Київського столичного регіону), значних за розмірами меліоративних систем, національних парків;

регіональні – прогнози охоплюють геосистеми регіональних рангів (ландшафтні зони, провінції, басейни великих річок (Дніпра, Дністра та ін.). Об’єктами прогнозування є макрогеохори, ландшафтно-екологічні райони та підрайони, сектори, рідше - ландшафтні яруси, басейни річок вище 4-го порядку;

субконтинентальні прогнози складаються на великі одиниці ландшафтно-екологічного районування - субконтинент, пояс у межах континенту або на цілу середню (типу України, Франції) та велику за розмірами державу. Об’єктами прогнозування можуть бути таксони ландшафтно-екологічного районування, рангом менші від субконтиненту (зони, провінції, області, райони), басейни великих річок.

Між часовими та просторовими масштабами прогнозу є певна відповідність.

 

2.2. Основні методи прогнозування.

У прогностиці та математиці розроблено багато методів прогнозування. Однак внаслідок специфіки ландшафтно-екологічного аналізу (часто обмежений об’єм інформації, її ймовірність та нечітка визначеність, стохастичність зовнішнього середовища тощо) далеко не всі з них вдається застосувати. Найбільш відповідають цій специфіці такі методи: логічних розумових висновків, експертних оцінок, ландшафтно-екологічних аналогів, балансовий, статистичні (аналіз часових рядів, регресійний аналаз тощо), імітаційного моделювання, прогнозування за сукцесій ними рядами геосистем, прогнозування за допомогою матриць Маркова.

Вибір методу прогнозування залежить від наявної інформації про геосистеми та зовнішні впливи на них, а також від просторово-часового масштабу прогнозу. Розглянемо найбільш відповідні для ландшафтної екології методи прогнозування. З іншими можна ознайомитись по підручнику В.С. Аношко та ін (1985).

Метод логічних розумових висновків (його також називають методом наукової спекуляції) ґрунтується на знанні загальних закономірностей змін геосистем при дії на них певних природних або антропогенних факторів. Інформаційне забезпечення прогнозування складають загальні відомості про природу регіону і теоретичні положення ландшафтної екології та інших наук. Оскільки фактологічна забезпеченість прогнозування слабка, роль інтуїції, наукової грамотності дослідника мають вирішальне значення для обґрунтованості прогнозу. Прогноз, складений за цим методом, попередній, його слід деталізувати більш досконалими методами.

Методи експертного оцінювання досить різноманітні. Суть їх полягає в підборі групи експертів, їх опитуванні за спеціально складеними анкетами, в яких чітко сформульовані питання щодо майбутніх станів геосистем, та статистичній обробці отриманих даних (експертних оцінок). В результаті цієї обробки обґрунтовується деякий єдиний прогнозний висновок. Виділяються дві групи експертних методів – індивідуальні та колективні експертні методи.

Експертні методи доцільно застосовувати у випадках, коли: немає достатнього фактологічного матеріалу для прогнозування іншими методами; прогноз необхідно скласти в стислий строк, за який не вдається провести польових ландшафтно-екологічних досліджень; прогнозуються зміни геосистем до принципово нових видів антропогенних впливів, яких раніше геосистеми не зазнавали.

Метод ландшафтно-екологічних аналогів полягає в пошуку для геосистеми, для якої складається прогноз, її аналогів – геосистем аналогічного виду, але таких, які деякий час знаходилися під впливом фактора, зміни в результаті дії якого необхідно прогнозувати. Оскільки абсолютно ідентичних геосистем відшукати практично неможливо, результати прогнозу орієнтовані, хоч їх і можна представити в кількісній формі. За геосистеми-аналоги слід обирати такі, що мають близькі значення критеріїв подібності. Відношення цих критеріїв є перехідним коефіцієнтом, на який слід помножити значення геосистеми-аналога з тим, щоб перенести ці відкоректовані значення на геосистему-об’єкт прогнозування.

Статистичні методи прогнозування (регресійного та факторного аналізів, екстраполяції, часових рядів) дають вірогідні результати при наявності вибірки великого об’єму. Їх можна використовувати і при обробці малих вибірок (N<30), але в цьому випадку результати оцінок досить широкі.

Прогнозування за схемами ландшафтної сукцесії – специфічний метод ландшафтної екології. Знаючи позиції геосистеми на сукцесійному ряду та напрям сукцесії вздовж нього, для будь-якої геосистеми можна визначити можливу послідовність її змін на інші. Якщо для досліджуваного регіону сукцесійні схеми побудовані, то для отримання прогнозу необхідно лише визначити для кожного ландшафтно-сукцесійного ряду, в якому напрямі при певному впливі на геосистеми відбуватимуться їх зміни – в бік клімаксової геосистеми чи ініціальної.

Визначення цього напряму ґрунтується на знанні загальних закономірностей змін геосистем при їх функціональному використанні, що проектується, або при прогнозованих змінах зовнішнього середовища (потепління чи похолодання клімату тощо). Суттєве обмеження методу прогнозування за сукцесійними схемами полягає в тому, що за ними можна встановити лише послідовність змін геосистем, але не час, через який одна геосистема зміниться іншою.

Прогнозування за матрицями Маркова полягає у визначенні для кожної геосистеми ймовірностей її перебування в різних станах (або заміни геосистеми одного виду іншими) на кожний з m моментів часу послідовно заданих через m часових інтервалів t. Це завдання вирішується аналізом матриць Маркова, для побудови яких використовуються оцінки ймовірностей відмов різних видів та відновлення геосистем після них за час t. Наприклад, зміна геосистеми елювіального водного режиму з незасоленими грунтами на гігроморфну геосистему із засоленими солонцюватими грунтами матиме місце, якщо за час відбудуться три види відмов – гігроморфна, галоморфна та алкаломорфна (відмова осолонцювання). Ймовірність такого переходу розраховують як добуток ймовірностей одночасного за час виникнення цих трьох відмов. Ймовірність зміни гігроморфної геосистеми елювіальною відповідає ймовірності відновлення відмови гігроморфного виду. Таким чином можна розраховувати всі можливі варіанти змін однієї геосистеми іншими за час. Якщо значення цих ймовірностей розраховані для всіх геосистем досліджуваного регіону, отримуємо матрицю перехідних ймовірностей – важливий результат ландшафтно-екологічного прогнозу. На її основі можна вирішувати широкий комплекс прогнозованих завдань.

Серія матриць ймовірностей переходу геосистем до різних станів на різні строки упередження прогнозу є важливим багатим матеріалом ландшафтно-екологічного прогнозування. Проте їх деякий недолік пов’язаний із складністю інтерпретації та поганою наочністю отриманих результатів. Тому на основі матриці Маркова будується серія прогнозованих карт, а також графи прогнозованих змін геосистем.

 

 

2.3. Види ландшафтно-екологічного прогнозу.

Географічний прогноз.

Географічний прогноз (від грецького-передбачення) - науково обгрунтоване передбачення розвитку географічного середовища та окремих його компонентів, географічних систем, зумовлених природними і антропогенними факторами. Географічний прогноз - результат географічних прогностичних досліджень. Мета географічного прогнозу - передбачити той стан природного середовища, в якому буде проживати людина. Прогнозування географічних об'єктів пов'язане з їхніми розмірами та часом. На основі оцінки стану географічного середовища в минулому, тенденцій нинішнього розвитку географічного прогнозу дає інформацію про можливі наступні його зміни. Для географічного прогнозу використовують загальні методи прогнозування: аналогії, експертних оцінок, статистичних екстраполяції, моделювання та системний підхід, а також географічні методи - палеогеографічні, історико-географічні, ландшафтно-індикаційні, генетичних рядів, картографічний метод дослідження.

Географічний прогноз виявляє стійкі та стихійні ймовірності тенденції, можливі нові шляхи розвитку географічного середовища під впливом природних та антропогенних факторів. Відправними моментами для нього є ландшафтний прогноз, плани соціально - економічного розвитку, а також прогрес науки і техніки.

Розрізняють географічні прогнози такі: галузеві (наприклад прогноз погоди, гідрологічні прогнози) і комплексні; за просторовими масштабами - глобальні (планетарні), регіональні та локальні; за часовими - понаддовгострокові (тисячоліття і більше), довгострокові (декілька століть), середньострокові (15-10 років), короткострокові (5 років), сезонний (до 1 року).

Вибір методів прогнозування і прогнозні варіанти залежать в головному, від прогнозного завдання. Як звичайно, за основу беруть як галузеві прогнози, так і загальнонаукові прогнозні методи і прийоми. Серед загальнонаукових поширені екстраполяція, експертні оцінки, моделювання, анкетні опитування.

Географічний прогноз розвивається по двох основних напрямках:

1. Регіональним прогнозуванням змін природного середовища у зв'язку з реалізацією великих проектів його перетворення;

2. Локальним прогнозуванням у сфері впливу значних промислових об'єктів.

Перспективним у географічному прогнозуванні є метод ланцюгових реакцій, який перебуває на стадії розробки. Внаслідок тісної взаємодії між природними компонентами і ПТК виникають ланцюгові реакції - ланцюг природних явищ у ПТК, кожне з яких зумовлює відповідні зміни і в інших пов'язаних з ними ПТК. Спричиняють такі реакції як природні, так і антропогеннозумовлені фактори. Завдання ж прогнозування полягає у пізнанні всього комплексу таких реакцій шляхом виявлення усіх сучасних і майбутніх варіантів.

Особливе місце в прогнозних дослідженнях посідають зовсім не нові в географії методи екстраполяції процесів. З одного боку, шляхом екстраполяції процесів визначають ймовірність і характер їхнього прояву тепер і у майбутньому. З іншого - екстраполюють дані про процеси які визначені в індивідуальних ПТК, на морфологічні одиниці тих самих видів, які є предметом вивчення.

Географічне прогнозування в цілому й особлива його складова - ландшафтне прогнозування повинне супроводжуватись складанням прогнозних карт, які є однією з груп ладних ландшафтних карт.

Географічне прогнозування безперервне. Прогнози підлягають постійному уточненню, доопрацюванню з урахуванням усіх змін, що виникають у прогнозованих тенденціях і закономірностях. Незважаючи на таке коригування, географічне прогнозування потрібно перевіряти. Проте, можна поки що говорити лише про непряму перевірку, на підставі об'єктивних географічних закономірностей і логічних зв'язків. У цьому разі, на думку вчених, які займаються прогнозуванням, достовірність будь-якого прогнозу не може бути абсолютною.

 

Гідрологічний прогноз.

Гідрологічні прогнози - розділ гідрології суходолу, що займається науковим передбаченням гідрологічного режиму річок, озер та інших водних об'єктів. Гідрологічний прогноз базується на пізнанні динамічних і статистичних закономірностей щодо формування й розвитку гідрологічних процесів у басейнах водних об'єктів.

Розрізняють локальні гідрологічні прогнози (для конкретного створу річки) і регіональне загальне прогнозування, що здійснюється на базі географічного узагальнення локальних гідрологічних прогнозів, їхніх зв'язків і параметрів. Складають короткострокові (до 15 діб) і довгострокові гідрологічні прогнози.

Класифікують прогнози також за характером певних явищ (наприклад, водні, льодові). До найважливіших гідрологічних прогнозів належать передбачення високих паводків і своєчасне попередження відповідних організацій про них. Гідрологічні прогнози мають велике значення для народного господарства. Завчасне передбачення гідрологічного режиму водних об'єктів, їхніх водних запасів необхідне для ефективного використання водних ресурсів, зокрема регулювання стоку, раціональної експлуатації зрошувальних систем і водосховищ, розвитку гідроенергетики, водного транспорту. Значне місце у створенні наукових основ гідрологічного прогнозу займають праці українських вчених Є.В.Опокова, А.В.Огієвського, В.О.Назарова та інших.

Служба гідрологічного прогнозу на Україні розвивається з 1928 року, коли у зв'язку з будівництвом Дніпрогесу було створено Бюро прогнозів і оповіщень. Сучасна служба гідрологічного прогнозу в Україні називається Українське управління по гідрометеорології. Щороку для наукових і господарських потреб складають короткострокові та довгострокові гідрологічні прогнози. Їхня ефективність значною мірою залежить від удосконаленню й розвитку методів, а також завчасності складання прогнозів.

Об'єктами гідрологічного прогнозу є окремі природно-господарські регіони: Полісся, Причорномор'я, Промислове Придніпров'я, території з інтенсивним гідротехнічним впливом (долина Дніпра з каскадом водосховищ), райони розміщення енергетичних об'єктів (АЕС, ГЕС та інші), великих міст, рекреації. Такі прогнози в країні розробляють головним чином в Академії наук України, зокрема Інституті географії, Раді по вивченню продуктивних сил України та в інших установах.