Приклади інформаційного саморегулювання.

 

Внаслідок посилення парникового ефекту прозорість повітря по відношенню до теплового випромінювання зменшується. Це призведе до енергетичного ефекту, який на багато порядків вище, ніж витрати енергії на виробництво парникових газів.
Таким чином:

саморегуляція з позитивним зворотним зв'язком здійснюється системою таким чином, що ви-хід процесу посилює його вхід. Завдяки цьому, процес мимовільно посилюється.

Завдання 3. Побудувати модель подання інформаційного регулювання географічного процесу. Можливі варіанти: регулювання потоку ультрафіолетової радіації до земної поверхні зміною вмісту озону; залежність танення снігу від альбедо поверхні та ін..

У сучасну індустріальну епоху, поряд із впливом, звичайно зв'язаними з певними господарськими цілями, стали широко використовуватися експерименти, що дають більш чітке і певне уявлення про характер перетворення природного середовища. До таких експериментів належать:
- Дії на метеорологічні процеси, в тому числі шляхом засівання хмар активними ядрами конденсації [ ]
- Снігові меліорації,
- Дощування схилів, в тому числі і з метою визначення закономірностей формування схилової ерозії [ ] і т.д.
- Нормування антропогенного впливу на природні та природно-антропогенні ландшафти [ ].
Для отримання уявлення про більш глобальні явища широко використовуються чисельне моделювання та теоретичні розрахунки.
Отримані дані дозволили виявити основні принципи управління природним середовищем. Їхньою теоретичною базою, з одного боку, є досягнення кібернетики, з іншого - закономірності, виявлені в ході вивчення просторово-часової організації, структури, еволюції геосистем і географічної оболонки в цілому.

На стику географії та кібернетики виникла геокібернетіка. Вона вивчає поведінку геосистем, способи цілеспрямованого впливу на них, управління ними для досягнення різних цілей (у тому числі заради стабілізації природних процесів, порушених людською діяльністю). В даний час в її рамках розвивається методологія адаптивного управління геосистемами, яка має географічне і екологічне значення.
Поняття адаптивного управління гео-екосистемами. Адаптивне управління являє собою зовнішнє, заздалегідь розраховане вплив на геосистему з метою змінити в потрібну сторону основні показники її стану (індекс біорізноманіття, концентрації шкідливих речовин у природному середовищі та ін.) Як вважає І. Є. Тимченко [ ], адаптивне управління екосистемами важко здійснити, оскільки вона вимагає великих витрат. Але ця необхідність все ясніше вимальовується перед людством, яке стурбоване активізацією стихійних процесів і посиленням антропогенних змін. Якщо не можна зменшити їх кардинально, то необхідно хоча б навчитися переводити геосистеми в «щадний» режим функціонування.

 

Пояснення до рис. 2 і 3. На рис. 2 показано, як нерегульоване природокористування впливає спочатку на стан земної поверхні (в даному випадку це надмірне навантаження на поверхню грунту і рослинний покрив), що зменшує евапотранспірацію (випаровування вологи грунтом і рослинністю). Відзначимо, що рослини добувають вологу з значного шару грунту і гірських порід, що досягає 15-20 м, завдяки чому випаровують навіть тоді, коли в поверхневому шарі грунту вологи вже немає. Відбувається зміна структури теплового балансу (знижуються витрати тепла на випаровування, див. поряд рис. 3, середня частина). Видно, що в цьому випадку підвищується роль турбулентного потоку тепла, що вимагає підвищення температури земної поверхні. Змінюється структура водного балансу в бік зниження прибуткової частини. Обидва ці фактори (підвищення температури земної поверхні і зниження прибуткової частини водного балансу) призводять до посилення процесу дигресія.
На рис. 3 показані: вгорі - гумідної тип структури теплового балансу; посередині - арідний тип; внизу - перетворення теплового балансу аридного типу в гумідної в умовах зрошуваного землеробства. Це найбільш яскравий приклад управління гео-екосистемою, освоєний людством емпірично за кілька тисячоліть.

Другий напрямок представляють так звані моделі інтегрованого оцінювання (Integrated Assessment Models, AMS). Вони створюються з метою встановити, в залежності від значимості антропогенного впливу на клімат Землі, можливих варіантів управління цим впливом, а також для економічного обгрунтування відповідних керуючих впливів. При розробці цього класу моделей акцент робиться не на фізичних і хіміко-біологічні процеси в природному середовищі, а на соціально-економічні та еколого-економічні наслідки глобальних змін у природі і в суспільстві. До цього типу моделей належать моделі системної динаміки Дж. Форрестера та його послідовників і модель меж зростання подружжя Медоуз. Одна з реалізацій останньої моделі - квотування викидів в атмосферу СО2 з територій кожної з країн світу (відомий Кіотський протокол, 1997). Остання є «першою ластівкою» глобального регулювання впливів на кліматичну машину Землі - тобто перший важелем зменшення впливу на глобальний клімат, що має суттєве економічне та геополітичне значення.
Рішення такого роду завдань вимагає якісно іншого підходу до проблеми, який можна назвати мультидисциплінарним. Тобто над певною проблемою одночасно, пліч-о-пліч працюють фахівці різних галузей знання і діяльності, які в силу складності проблеми змушені інтегруватися в цілісний колектив однодумців (сюжети такого роду досить часті в американському пригодницькому кіно, вміло використовує геоекологічні та інші подібні проблеми). У силу зростаючої залежності природних екосистем від антропогенного навантаження мова йде про побудову інтегрованих моделей соціальних еколого-економічних систем (СЕЕС) на основі об'єднання за певними правилами динамічних моделей атмосфери, океану і поверхні суші, з одного боку, і моделей соціально-економічного розвитку - з інший. У такому випадку, адаптивне управління СЕЕС по суті зводиться до загальної проблеми сталого розвитку.
Зокрема, світова СЕЕС може бути представлена, принаймні, такими підсистемами:
• природні ресурси,
• населення,
• природокористування,
• забруднення навколишнього середовища,
• інвестиції капіталу,
• сільське господарство та ін
У свою чергу, світова СЕЕС складається з ієрархічно супідрядних континентальних, регіональних та країнових (національних) СЕЕС. Модель світової СЕЕС буде докладно проаналізована в кінці навчального посібника.
Для конкретного вирішення завдань адаптивного управління СЕЕС необхідно досліджувати на спеціальних моделях очікувану реакцію системи на керуючий вплив. Подібні моделі значно більш прості, у порівнянні з моделями загальної циркуляції, а їхній зміст легше зрозуміти економістам, екологам та загально-тиментом керівникам різних рівнів. Тому моделі інтегрованого оцінювання можуть бути в першу чергу використані для побудови оперативних систем управління регіональними природно-господарськими комплексами.
Щоб управління було дійсно адаптивним, необхідна науково обгрунтована і реально функціонуюча система моніторингу. Моніторинг може бути галузевим (компонентним) або комплексним (геосистемний, біосферним). Він повинен бути представницьким (репрезентативним) за охопленням території мережею спостережень, складу і режиму спостережень, а також ефективності обробки та подання інформації. Кращим прикладом такого моніторингу є світова система гідро-метеоспостережень.
Проблема моніторингу екологічного стану полягає у створенні спостережної мережі та в організації збору передачі та обробки даних спостережень у поєднанні з сучасними геоінформаційними системами (ГІС) і технологіями.
Нарешті, проблема створення інформаційних технологій управління полягає в розробці процедур комплексного використання модельних прогностичних сценаріїв розвитку та складанні переліків тих даних спостережень, які повинні надходити від наглядових систем безпосередньо в процесі моніторингу.
Інформаційні технології управління будуються на загальних концепціях системного аналізу. Процес адаптації розглядається при цьому як максимальне зближення двох сценаріїв: модельного прогнозу і спостережуваного процесу. Для цього підлаштовується модель і, отже, поліпшуються подальші мо-слушні прогнози, а також засвоюються вимірювання процесів, що спостерігаються у динамічній моделі екосистеми.
Останнім часом І. Є. Тимченко і його колегами розроблений новий метод моделювання процесів в складних системах, який дозволяє створювати динамічні моделі СЕЕС, допускають адаптацію (в тому числі і в реальному часі) як самої моделі, так і прогностичних сценаріїв розвитку. Метод заснований на концепції динамічного балансу екосистеми з впливають на неї зовнішніми впливами. Тому він отримав назву "Адаптивний баланс впливів" або АВС (від англійської назви Adaptive Balance of Causes). АВС метод використовує стандартні рівняння для опису як природних, так і соціально-економічних процесів, а коефіцієнти цих рівнянь адаптуються до спостережень, що дозволяє підвищити якість моделювання і управління.
Підводячи підсумок, з короткого огляду проблеми і на підставі робіт авторів цього посібника можна прийти до висновку, що управління географічної оболонкою - надзвичайно важке завдання з наступних причин:
1. У геосистемах виключно важливу визначальну роль грає простір, по-цьому їх слід моделювати як просторово розосереджені (просторово рас-прерозподіл) системи, що більш складно в порівнянні із звичайними в кібернетиці просторово зосередженими моделями.
2. Характерне час географічних явищ буває дуже різним - тривалим або стрімко поточним. Реакції одних компонентів на дії або зміни інших бувають, як правило, запізнілими в різного ступеня (лаг запізнювання). Час тече нерівномірно і є незворотнім.
3. Оскільки в природі не буває умов «чистого експерименту», в силу різноманітного комбінування впливів і реакцій одні й ті ж причини здатні формувати різні наслідки. Відомі явища синергізму (своєрідного множення ефектів у разі комбінованої дії факторів), антагонізму (придушення ефектів в тому ж випадку), кумулятивної дії, відкладеної реакції і ін
4. Істотна роль живих організмів приводить до того, що дії можуть бути фізично недоцільними, (прояви інстинктивних біологічних реакцій і генетично зумовленого поведінки), але біологічно необхідними.
5. Людська природа дозволяє по-різному ставитися до одних і тих же явищ, факторів, процесів і станів (в силу проявів людської волі, культури, традицій, смаків і т.п.), отже, може обумовлювати різну поведінку у фізично однакових умовах.

Таким чином:
сама географічна оболонка, яка є носієм названих та багатьох інших властивостей і проявів - гетерогенна система. З точки зору завдань управління, вона - надскладне геокібернетіческая система, яка в свою чергу, сама складається з різнорідних за складом, будовою та організації (тобто також гетерогенних) складних підсистем [ ].

Функціонування географічної оболонки настільки неоднозначно, що неможливо простежити і опи-сать всі виникаючі реакції на зовнішні впливи. Але це не означає, що до цього марно прагнути. Саме даний час - зароджується інформаційна ера розвитку людства - характерна тим, що несподівані ідеї раптом досить швидко беруться на озброєння людством і стрімко розповсюджуються по всьому світу. Зокрема, в одному з довідників наведено прогноз розвитку людства на 500 років вперед, де приділяється певне місце проблеми управління навколишнім середовищем [ ]. В іншій роботі [ ] запропонована модель розвитку технологічної цивілізації, тобто цивілізації, що використовує непоновлювані ресурси. Автор моделі В. Стус розглядає процес її розвитку на протязі не менше 300 років і виділяє 3 глобальних процесу взаємодії технологічної цівізізаціі і навколишнього середовища (біосфери): колонізацію (розширення меж), адаптацію (використання нетехнологических можливостей, в т.ч. і біосферного розвитку), і коригування (обробка й поширення інформації про перших двох процесах для вироблення нових шляхів соціально-економічного та культурного розвитку. Він пропонує засоби, якими повинна скористатися цивілізація для того, щоб зменшити споживання невідновлюваних ресурсів, початковим стимулом чого має стати підвищення цін на них:
- Заміна невідновлюваних ресурсів відновлюваними;
- Заміщення поновлюваних ресурсів з тривалим циклом відтворення такими ж ресурсами, але з більш коротким циклом поновлення;
- Заміщення одних невідновлюваних ресурсів іншими, технології видобутку й обробки яких раніше були нерентабельними;
- Широке впровадження ресурсозберігаючих технологій.
Взяті в сукупності, ці процеси є напрямок нетехнологічного адаптаційного розвитку цивілізації.
«Постулювавши протягом 30 років конструктивність географії, ми зовсім забули про те, – пише М.В.Багров, – що кожна конструктивна наука зобов'язана мати свій свого роду «Сопромат», тобто систему встановлених, вивірених, однозначних, що допускають реальне використання положень - інакше вона виявиться неспроможною в своїх домаганнях на конструктивність, – пише акад. М.В.Багров^[130]. Самою запущеною і, в той же час, - можливо, найперспективнішою ланкою в ланцюзі тих проблем, які виникають перед людством в аспекті наукового супроводу руху до сталого розвитку, є проблема саморегуляції та самоорганізації в системі Природа - Суспільство, міждисциплінарність якої зобов'язує розглядати її на рівні керованих гетерогенних систем географічної оболонки, тобто на геосистемний рівні. Ця проблема вже зараз проходить червоною ниткою крізь сучасні концепції людського розвитку - але тільки (поки ще) як якась спекулятивна метатеорія, яка пояснює явища і процеси, які нібито суперечать класичним засадам науки. З нашої точки зору, вона, швидше, виводить сучасне людство за рамки класичного світосприйняття, що стали вузькими, примушуючи повернутися до розуміння Світу як цілого - заради його збереження в такій якості. Природа і людство як могутня «авто-кібернетична» система, що піддається регулюванню на інформаційному рівні, повинна посісти розуми географів. Поки що регуляторні механізми цієї надсистеми приховані для осіб, що визначають долю людства, непроникним пологом географічного нігілізму (можна сказати, навіть географічного невігластва) – і це наш колосальний потенціал. Та й самі географи, чого гріха таїти, під різними приводами ухиляються від тяжкої і невластивої нам конкретно-дослідницької роботи, яка тільки й може перетворити крилату ідею в продуктивне знання. Тому, в першу голову, ми самі винні в тому, що цей новий образ Оселі Людства незвіданий і невідомий, а географія в очах сучасної людини - це ретроградна навчальна дисципліна - та й годі». Загальний висновок цього автора є такий:

- Сучасному суспільству потрібна географія як диференційована картина світу стосовно кожної структури (стати) суспільства, хоча воно (суспільство) це і не усвідомлює, замінюючи географію сурогатом у вигляді, наприклад, «екології», що не спирається на будь-які докази чи наукові побудови, натомість непомірно розрослася в свідомості людей; чи концепції сталого розвитку, що теж не має наукових підстав і спирається виключно на хитке політичне підґрунтя, нічого не тямлячи у науковому аналізі потенціалу навколишнього середовища (асиміляційного, середовище-ресурсовідворювального і т. ін.).

Частина об'єктів географічних досліджень є природно виокремленими об'єктами: природні зони та ландшафти, окремі форми рельєфу — гора, рівнина, долина та ін., елементи гідрографії — річки, озера, моря, і т. д. Друга частина таких об'єктів виділена життєдіяльністю людей: населені пункти, земельні угіддя, інженерно-технічні об'єкти та комунікації, господарські об'єкти. Ще одна частина об'єктів встановлюється внаслідок політичної життєдіяльності суспільства: країни та групи країн (блоки), одиниці адміністративно-територіального устрою, територіальні громади та ін. Географічні об'єкти можуть виділятися також за етнонаціональними, цивілізаційно-культурними, конфесійними ознаками.^[131] Поряд з цими об’єктами дослідження, географії часто доводиться мати справу із об’єктами дослідження – мисленими конструктами, які просторово приурочені до певного територіально визначеного об’єкту: наприклад, територіальна система розселення, природно-ресурсний потенціал території, міжгалузевий територіальний комплекс.

Об'єктом географічного дослідження конструктивної географії може бутибудь-який фрагмент чи явище (процес) ландшафтної оболонки (геосфери), який відповідає таким вимогам:

- займає певне місце на земній поверхні;

- може бути картографованим, показаним на карті (правило мінімальних розмірів географічних об'єктів);

- впливає на стан і розвиток інших елементів ландшафтної оболонки;

- його вивчення дає (може дати) нові знання про ландшафтну оболонку.^[132]

Отже, географія досліджує різномасштабні явища— від безпосереднього середовища окремої людини (мікросередовище) до географічної оболонки Землі.

Будь-яке дослідження залишається в предметній області географи, якщо воно націлене на вивчення територіальної організації компонентів ландшафтної оболонки. В результаті дослідження взаємозв’язків, територіальної диференціації та територіальної організації в цілому вдається встановити компоненту і територіальну структуру досліджуваних об’єктів, явищ і процесів.

Формування компонентної і територіальної структури зумовлене процесами інтеграції, агломерування, концентрації, які лежать у предметній області географічних досліджень і становлять зміст наукових розробок. Не вдаючись до детального опису сутності цих просторових процесів, які досить добре описані у працях О.Г. Топчієва, О.І. Шаблія, Е.Б. Алаєва, наведемо запропоновану Е.Б. Алаєвим понятійно-термінологічну сис­тему (табл. 1.2.), яка представляє головні напрямки до­сліджень у географії.

Таблиця 1.2.