Геосістемное прогнозування: завдання, прогнозна інформація, методи складання прогнозів

Процес прогнозування змін природних умов починається з визначення об'єкта і завдання прогнозу, тому що саме цей етап обумовлює наступні принципи і методи досліджень.

Завдання геосістемного прогнозування

В геосістемном прогнозуванні об'єктом служать геосистеми тих чи інших рівнів (тому що об'єкт прогнозування природно співпадає з об'єктом наукового дослідження). Завдання геосістемного прогнозування полягає в дослідженні якісних і кількісних характеристик всіх компонентів геосистеми в комплексі, їх зміна в часі і в просторі. Такий прогноз повинен охоплювати всі істотні риси структури геосистем, включаючи зміни характеру компонентів і їх взаємозв'язків. Повний геосістемний прогноз вимагає врахування всіх основних можливих причин очікуваних змін геосистем.

Прогнозна інформація

Основним джерелом інформації для цілей геосістемного прогнозування є комплексний Геоекологічний моніторинг стану навколишнього середовища, основний принцип якого, облік всіх компонентів природного середовища та взаємозв'язків між ними. Комплексний Геоекологічний моніторинг дозволяє отримати систематичні дані про стан природних компонентів і комплексів середовища, а також виявити фактори та закономірності їх антропогенного і природного зміни в часі і просторі.

В випадках, коли наявна регіональна інформація не містить потрібних відомостей або містить їх в явно недостатній кількості, виникає потреба в проведення спеціальних фізико-географічних досліджень для цілей прогнозу трансформації природного середовища. Їхнє основне завдання полягає у виявленні суті, факторів і швидкості змін природних комплексів.

Основні принципи проведення подібних досліджень виходять з принципів комплексного фізико-географічного прогнозування. Їх реалізація здійснюється шляхом використання як опосередковано, так і безпосередніх спостережень. Спочатку виявляються джерела прогнозної інформації. Як їх зазвичай виступають літературні та фондові матеріали, різні карти, проекти, аерофотознімки, космічні знімки, результати спеціальних польових досліджень. Особливість роботи з ними полягає у виявленні таких даних, які можуть служити безпосередньою основою для прогнозування (якісних і кількісних показників напрямку, швидкості і часу змін природи).

Методи геосістемного прогнозування

Методи геосістемного прогнозування досить різноманітні. В даний час Прогностика нараховує більше 150 різних за рівнем, масштабами та наукової обгрунтованості методів і прийомів, проте число що застосовуються на практиці значно менше - не перевищує 10-15. З усього різноманіття можна виділити наступні, приблизно однакові за рівнем методи: експертних оцінок, екстраполяції, географічних аналогій, ландшафтно-генетичних рядів, використання функціональних залежностей. Таке виділення носить умовний характер, тому що застосовуються в різних поєднаннях в залежності від типу і масштабів прогнозу.

1. Метод експертних оцінок полягає у виявленні майбутнього стану прогнозованого об'єкта на підставі вивчення думок різних фахівців. Експерти висловлюють свою думку, спираючись на досвід, знання і наявні матеріали інтуїтивно користуючись при цьому методами аналогії, порівняння, екстраполяції, узагальнення. У підсумку складаються прогнозні карти, які будуються за зразком карт сучасного стану. Обробка отриманих результатів включає аналіз і оцінку збігу меж контурів, виділених різними експертами та визначення часу настання подій.

Метод прогнозування на основі вивчення думок експертів може бути застосований, при відсутності достатньої інформації про минуле й сьогодення об'єкта дослідження, за браку часу для проведення необхідних польових робіт, при існування невизначеності конкретної природної ситуації.

2. Метод фізико-географічної екстраполяції полягає у поширенні (продовження) раніше виявлених тенденцій (закономірностей) розвитку даного природного комплексу на його тимчасову і просторову динаміку в майбутньому.

Найбільш достовірні результати дає екстраполяція, заснована на пізнанні фундаментальних законів розвитку природних комплексів. Екстраполюватися можуть тенденції, формулируемого як на якісному рівні, так і мають характер кількісних показників природних процесів. У першому випадку мається на увазі дослідження напрямків трансформації ландшафтів, процесів і їх інтенсивності, якісних характеристик зміни компонентів природи і т.п.

Під другому випадку використовуються ряди спостережень показників за досить тривалий період у минулому, з подальшим поширенням отриманих закономірностей на майбутнє. Але тут не допустимо просте продовження в майбутнє кривої відображає хід процесу до сьогоднішнього дня, тому що звичайно розвиток того чи іншого процесу має більш складний характер (наприклад, уповільнене розвиток, пов'язане з появою будь-яких порогів, змінюється інтенсивним зростанням або навпаки). Існує можливість підібрати відповідну функцію і поширити її на майбутнє, але практично це зробити нелегко, в особливо, коли мова йде про розвиток складних систем.

Метод екстраполяції дозволяє отримати достатньо надійні результати лише при умови незмінності (або відносної стабільності факторів), що визначають розвиток прогнозованого процесу, а також з урахуванням якісних змін, накопичуються в системі. У зв'язку з цим його слід використовувати у поєднанні з іншими методами і прийомами.

3. Метод фізико-географічних аналогій знайшов досить широке застосування при прогнозуванні локальних змін природи (особливо в прибережній зоні водосховищ). У його основі лежить наступне теоретичне положення: під впливом одних і тих же або подібних факторів формуються генетично близькі природні комплекси, які, зазнаючи однотипним впливів, відчувають подібні зміни.

Сутність методу полягає в тому, що закономірності розвитку процесу, вивчені в межах одного природного комплексу, з певними поправками переносяться на інший, що знаходиться в ідентичних умовах з перших. Однак аналоги не можуть під усіх відношеннях відповідати прогнозованим об'єктів, тому прогноз, складений на їх основі, є, як правило, наближеним. Можливості методу аналогій значно зростають у випадку використання його на базі теорії фізичного подоби. За цією теорією схожість порівнюваних об'єктів встановлюється за допомогою критеріїв подібності, тобто величин, що мають однакову розмірність.

Метод фізико-географічних аналогій добре фізично обгрунтований і дозволяє скласти довгострокові комплексні прогнози.

4. Метод ландшафтно-генетичних рядів полягає у використанні прогнозу рядів сполучених комплексів, зміни яких в просторі відтворюють послідовності їх еволюції в часі. Він заснований на принципі ергодічності, згідно з яким закономірності розвитку встановлені для просторових процесів, можуть бути перенесені на тимчасову динаміку і навпаки.

Ландшафтно-генетичні ряди доцільно розглядати як своєрідні якісні моделі (аналоги), що відображають стадії природного розвитку природних комплексів в межах певної території. Подібні ряди складають за матеріалами комплексних польових досліджень, проведених в районі проектованого інженерної споруди. Аналіз таких рядів дозволяє з'ясувати взаємозв'язку між компонентами природи в їх історично сформованому, щодо стійкому стані, до якого ці компоненти, порушені після створення інженерного об'єкта, очевидно, будуть прагнути. При відносній стабільності загальних кліматичних умов ландшафтно-генетичні ряди можуть служити для встановлення спрямованості та послідовності перебудови природних комплексів в часі при зміні будь-якого фактора (наприклад, зволоження або засолення).

Однак використання даного методу для цілей прогнозування має ряд обмежень.

По-перше, ландшафтно-генетичні ряди відбивають конкретну фізико-географічну обстановку, тому прогноз, складений на їх основі, може поширюватися лише на ту територію, в межах якої проводилися відповідні дослідження.

По-друге, при однаковій зміні будь-якого фактора подібні зміни можна очікувати лише в межах однотипних природних комплексів.

По-третє, даний метод не дозволяє визначити швидкість і час трансформації природних умов, тому необхідно паралельне використання інших методів і прийомів прогнозування.

5. Метод використання функціональних залежностей полягає у виявленні фізико-географічних чинників, що визначають формування прогнозованого процесу, і знаходження зв'язків між ними і показниками цього процесу. Однією з найважливіших операцій прогнозування є відбір необхідних факторів, що виробляється на основі генетичного аналізу. Для оцінки факторів можуть застосовуватися різні прийоми - кореляційний аналіз, опитування експертів та інші.

Після виявлення необхідних факторів будується логічна модель формування прогнозованого процесу, і на основі емпіричних даних оцінюються її окремі елементи. Потім за допомогою методів математичної статистики визначається кількісне вплив враховуються факторів на кінцевий результат. Встановивши ступінь цього впливу, знаючи, які значення прийме кожен з них, можна розрахувати, як зміниться той чи інший показник прогнозованого процесу. Однак слід мати на увазі, що одержувані залежно дійсні тільки для того тимчасового інтервалу і тих природних умов, для яких вони побудовані.

Крім розглянутих методів і прийомів для комплексного фізико-географічного прогнозування можуть бути використані комбіновані підходи, а також прийоми, засновані на узагальнення, типізації і т.п.

Приклад геосістемного прогнозування

Як приклад геосістемного прогнозування можна навести прогнозування стану Аральського моря.

Через різкого скорочення притоку води з найбільших річок (Амудар'ї і Сирдар'ї), відбувається інтенсивне зниження рівня моря, що призводить до трансформації природних комплексів від гідроморфних і елювіальний.

Проблема Аральського моря вивчалася групою експертів, які використовували різні прийоми, в тому числі експертне анкетування. Одним з важливих питань експертизи було прогнозування можливих наслідків зміни режиму Аральського моря для природного середовища. Аральське море вивчалося як цілісна Геосистема, проводилося комплексне дослідження всіх її компонентів.

В підсумку одним з варіантів прогнозу був наступний. Зникнення Аральського моря, тобто перетворення його в два дрібних осолоняющіхся водойми - озера Мале і Велике море. Це призведе до посилення процесів виносу пилу і солей в атмосферу. Подальше осушення Малого моря приведе до появи на його місці обширного солончака, по краях якого на місці однорічних солянок з'являться посухо-і солее стійкі напівчагарники і чагарники, в яких будуть акумулюватися піски і формуватися еолові форми рельєфу. Різке скорочення площі Аральського моря знизить його роль як терморегулятора місцевого клімату. З ростом забору стоку Амудар'ї і Сирдар'ї і розширення та розширенням площі поливних земель на півдні вогнище випаровування, можливо, буде розосереджувати і переміщатися з Аральського моря на південь Середньої Азії. У цьому випадку континентальність клімату Приаральських територій зростатиме.

В доповідях представлених раніше розглядалися питання прогнозування окремих компонентів природи: атмосферного повітря, поверхневих вод, грунтів і т.д. так зване галузеве або покомпонентний прогнозування. Проте технічні споруди найчастіше впливають не на один окремо взятий компонент, а на всі компоненти в їх взаємодії і на конкретній території. Тому виникає необхідність комплексного геосістемного прогнозування.