Полная версия

Главная arrow БЖД arrow Мониторинг среды обитания

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Глобальные модели и прогнозирование изменений биосферы.

В связи с глобальным характером антропогенных изменений природной среды возникла необходимость выявления наиболее опасных тенденций развития биосферы и поиска путей их преодоления. Однако, решение подобных задач с помощью традиционных методов исследования часто оказывается неэффективным. В этой ситуации наиболее перспективным способом получения глобальных оценок и прогноза становится математическое моделирование.

Первая попытка математического моделирования глобальных экологических процессов была предпринята в 1971 г. американским исследователем Дж. Форрестером. Его модель содержала два экологических параметра: загрязненность среды и численность населения. Последующие модели, созданные по инициативе или при поддержке Римского клуба, были

32

значительно детализированы (учитывались региональные различия, ограничения в использовании природных ресурсов, пределы роста населения и другие факторы). Однако, несмотря на усовершенствования, принципы и цели моделирования оставались прежними — решались, прежде всего, экономические проблемы. Сама биосфера в этих исследованиях оставалась некоторым экзогенным фактором, создающим определенные условия производственной деятельности человека и влияющим на характер демографической ситуации.

Для мониторинга наибольший интерес представляют модели, позволяющие выявить тенденции развития биосферы, ибо лишь на основе изучения закономерностей хода природных процессов можно установить вероятные последствия антропогенного воздействия. Другими словами необходимо глубокое исследование динамики природных систем как целостных образований, их реакции на хозяйственную деятельность человека. Примером подобного подхода к моделированию глобальных экологических процессов может служить имитационная модель биосферы, разработанная в Вычислительном центре АН СССР (Крапивин и др., 1982; Свирежев и др., 1988).

Основная цель разработки данной модели оценка и выявление тенденций эволюции биосферы при различных вариантах природопользования и определение пути гармоничного развития общества и природы. Биосфера рассматривается как очень сложная иерархически организованная система. В ее составе выделены атмосфера, гидросфера, автотрофные (растения) и гетеротрофные организмы, почвы и другие компоненты, которые функционируют относительно автономно и в то же время связаны между собой круговоротами вещества и энергии. В пределах биосферы выделены океаны и континенты, разделенные на более мелкие пространственные образования (ландшафтные зоны и др.). В соответствии с таким представлением о структуре биосферы модель включает три основных взаимодействующих блока: "Атмосфера (климат)", "Океан" и "Регионы суши".

В блоке "Атмосфера" рассматриваются баланс солнечной энергии, глобальный круговорот азота, загрязнение воздушного бассейна. Определены важнейшие параметры климата (прежде всего температура и осадки), изменяющиеся под влиянием хозяйственной деятельности человека. Установлены количественные зависимости изменения среднегодовой температуры приземного слоя воздуха от содержания в нем С02 антропогенных выбросов тепла и аэрозолей.

В блоке "Океан" рассмотрены обмен СО2 между океаном и атмосферой, загрязнение океанических вод, функционирование биоты. Дано математическое описание процессов энергообмена между абиотическими и гидрологическими факторами и основными трофическими уровнями экосистем океана. При имитации функционирования морских экосистем учтены два биотических уровня: фитопланктон и нектон.

В блоке "Регионы суши" разделение континентов на регионы производится в соответствии с природными и политическими границами. На территории суши рассмотрены биогеохимические циклы углерода и азота в условиях естественной и сельскохозяйственной растительности, обмен СОг с атмосферой, демографические и экономические процессы. Каждый регион суши генерирует загрязнения трех типов: поступающие на континенты, в океан и в атмосферу. Вся моделируемая территория разбита на участки размером 4x5° географической сетки.

Экологические процессы в пределах каждого участка характеризуются величинами накопления углерода и азота в живой и мертвой фитомассе, в подстилке и гумусе.

Взаимодействие между блоками модели осуществляется благодаря функционированию подблоков, описывающих круговороты азота и углерода в системе "атмосфера-растения-почва", углеродный цикл в системе "атмосфера-океан-суша", круговорот воды в природе и другие глобальные процессы. Модель дает возможность рассчитать изменения ряда экологических, климатических и демографических характеристик в отдельных регионах Земли на длительный период времени при различных сценариях хозяйственной деятельности человека. Они реализована в виде программы для ЭВМ и позволяет ученому-естественнику задать разнообразные сценарии воздействия на биосферу и проанализировать их результаты.

При реализации модели было принято условие, что тенденции развития хозяйственной деятельности человека, выявленные в 70-х годах, сохранятся в течение продолжительного времени. Исходя из этого условия, проведены расчеты ряда характеристик будущего состояния биосферы. Как видно из расчетов, к 2020 г. содержание СО2 в атмосфере по сравнению с 1970 г. возрастет на 31%. На первых порах это приведет к некоторым положительным эффектам: несколько увеличится суммарная биомасса сельскохозяйственной растительности и повысится продуктивность естественных экосистем. Однако при дальнейшем росте концентрации СО2 возникнет эффект, связанный с повышением температуры воздуха и нарушением устойчивости значительной части наземных экосистем.

Ожидается, что одновременно существенно увеличится запыленность атмосферы (к 2020 г. - в 1,7 раза) и возрастет загрязнение суши (почти в 1,5 раза). Как известно, увеличение запыленности атмосферы ведет к понижению температуры воздуха, но в целом, согласно сделанным прогнозам, за счет опережающего роста концентрации СО2 глобальная температура повысится на 0,3-0,4°С.

Выделение в модели подблока, описывающего динамику леса, позволило получить оценку роли лесной растительности в формировании газового состава атмосферы. Расчеты показали, что возрастание темпов сведения лесов существенно повышает концентрации СО2 в атмосфере. Если к 2020 г. площади лесов будут сокращены на 10%, то за счет неаккумулированного растительностью СОг содержание последнего в атмосфере по сравнению с 1970 г. возрастет в 1,4 раза. При увеличении лесистости всего на 10% рост концентрации СО2 заметно снизится, а при увеличении площади леса на 50% он почти прекратится. Таким образом, колебания лесистости в пределах 10% могут привести к изменению состава воздуха в биосфере и оказать влияние на другие компоненты природной среды (Крапивин и др., 1962).

Авторы модели отмечают, что в настоящем варианте она слишком схематична, чтобы служить рабочим инструментом для составления прогнозов будущего состояния биосферы. Полученные на ней результаты расчетов характеризуют лишь тенденцию изменения и порядок изучаемых величин. Модель нуждается в усовершенствовании путем включения в нее дополнительных блоков, отражающих влияние экономических условий и последствий научно-технической революции, пространственного распределения экосистем суши и океана, типов загрязнения биоты и других факторов, а также насыщения ее современной информацией о состоянии природной среды. В перспективе более совершенная модель может быть использована для получения прогнозов изменения биосферы в целях мониторинга.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>