Моделирование процессов в биосфере: Рабочая программа дисциплины

кафедры Программа составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального Зав. кафедрой биофизики образования по специальности 010400 В.А. Кратасюк_____________ - «Физика», специализаций 010415 «___»_______________2002 г. «Биофизика» и 010432 - «Физическая экология» Одобрено на биофизики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОФИЗИКИ

заседании

УДК 577.3.001.57 Автор-составитель: К.К. Джансеитов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В БИОСФЕРЕ Рабочая программа дисциплины для специальности 010400 «Физика» специализаций 010415 «Биофизика» и 010432 «Физическая экология» очной формы обучения

Моделирование процессов в биосфере: Рабоч. программа дисциплины. Красноярск: РИО КрасГУ, 2002. - 8 с. (экспресс-издание). Предназначена для специальности 010400 «Физика», специализаций 010415 «Биофизика» и 010432 - «Физическая экология» очной формы обучения.

 КрасГУ, 2002

Красноярск 2002

2

Ноосфера и глобальное мышление. Коэволюция человека и природы.

Глобальные проблемы современности и трудности их решения. Представление об "экологическом императиве", "спусковом крючке", "институтах согласия" и "путешественниках в одной лодке". Система "Гея": "ядерная ночь" и "ядерная зима". Об альтернативе обществу, придерживающегося принципа "laisser-faire". [15-18] Имитационное моделирование (методы системной динамики Дж. Форрестера) при решении задач, связанных с процессами, протекающими в "больших" системах (LSS). Идеологические предпосылки построения имитационных моделей глобальных биосферных процессов. Эмпирические обобщения, содержащиеся в основе системного анализа биосферы: аксиомы однородности (закон Реди), эргодичности, непрерывности, стационарности, способа функционирования. Биогеохимические циклы и скорости обращения химических элементов. Тезис В. И. Вернадского о живом и среде его отходов. [15,19,20] Анализ биогеохимических циклов на примере модели глобального круговорота углерода в системе "атмосфера-растителъность-почва" (АРП). Схема модели АРП, основные переменные (уровни и темпы), система уравнений, параметры, начальные значения, "правдоподобные" диапазоны значений этих параметров и начальных значений. Результаты машинного эксперимента ответы имитационной модели АРП ("коллективного эксперта") на вопросы о возможных последствиях изменения СО2, температуры, соотношения площадей травяной и лесной растительностей. [15] Проект Римского клуба: "Сложное положение человечества". Доклад Д. Медоуза с содокладчиками "Пределы роста". Принцип "нулевого роста" Сторонники и противники. Комментарии Исполкома Римского клуба, анализ критических замечаний и основные выводы обсуждений доклада. Законы экспоненциального роста численности населения, загрязнения, стоимости добычи истощающихся невосполнимых природных ресурсов, расходов на увеличение производства промышленной и сельскохозяйственной продукции, использованные в имитационных моделях Дж. Форрестера и Д. Медоуза, основные "виновники" пессимистических выводов о неотвратимости "экологического катаклизма". [20-22, 14] Концепции органического роста и глобализма. Доклад Э. Пестеля "За пределами роста" с концепцией органического роста мира как итог 15-летней деятельности Римского клуба после доклада Д. Медоуза и программа действий клуба в будущем. Проблемы взаимоотношений стран "индустриального центра" и "периферии", "Севера" и "Юга", создания "мирового государства" с "мировым правительством", путей развития "третьего мира", отношения к национализму и патриотизму как к основным препятствиям на пути глобализации. Доклады Римского клуба - идеологические основы действий МВФ и различных банков реконструкции и развития "международного сообщества". [22] Несостоятельность основ экономической теории Дж. М. Кейнса, фактически базирующегося на демографической теореме Т. Р. Мальтуса, концепции органического (гармоничного) роста и развития мира и его регионов Э.Пестеля, идей глобализма и необходимости, как следствие, монополярности Мирового

3

4

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа составлена для специальности 010400 "Физика", специализаций 010415 "Биофизика" и 010432 "Физическая экология", курс считается специальным и читается на IX семестре. Курс "Моделирование процессов в биосфере" представляет собой непосредственное продолжение специального курса "Математическая биофизика", читаемого на VIII семестре, и преследует те же цели. II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА А. Элементы системного анализа Представления о системе и системном анализе (СА) соответственно как об основном понятии СА и методологии познания сложных объектов, способствующей адекватной постановке проблем в конкретных науках и выработке эффективной стратегии их изучения. Причины формирования СА: крушение механистического мировоззрения, языковый барьер между разделами науки, усложнение современной техники, развитие бихевиоральных наук, упрочении позиций направлений экзистенциализма. [1-3] "Большие" системы или, согласно англоязычной терминологии, large-scale system (LSS). Системные методы исследования. Представление о "макроскопе". Терминальные (естественные) и целеустремленные (искусственные) системы. Организмоподобные, административные, иерархические многоуровневые, развивающиеся, открытые, бихевиоральные системы. Алгебрологический формализм - адекватный язык описания, как общей теории систем, так и разных (частных) теорий конкретных классов систем. Направления развития теорий систем: формализация и генерализация. [1-9] Однородная структура (клеточный автомат Неймана-Черча) как новая среда для моделирования развивающихся систем, воспроизводящиеся, взаимно стираемые, стираемые и неконструируемне конфигурации в однородных структурах. Проблема возможности реконструкции прошлого. Задача, связанные с энтропией, с точки зрения однородных структур. Организмоподобные системы как "рентабельные" механизмы Природы увеличения энтропии в окружающей среде. [10- 13] Проблема экспоненциального роста. Демографическая теорема Т. Мальтуса. Значение этой теоремы в эволюционной теории Дарвина-Уоллеса и экономической теории Дж. М. Кейнса. Неомальтузианство и кейнсианство. Уточнение теоремы Т. Мальтуса на базе использования клеточных автоматов. Пространство как лимитирующий фактор роста численности популяций. Принцип Ю. Либиха, принцип доминанты А. Ухтомского и П. К. Анохина. Принцип - "против каждой экспоненты есть своя экспонента", аннулирующая экспоненциальный рост. [13,14] Б. Имитация (методы системной динамики)

сообщества государств. Движение антиглобализма, активизация международного терроризма - способы противодействия натиску глобализма. Глобализация охраны окружающей среды - один из благовидных инструментов этого натиска. Новые веяния в теории "устойчивого развития мира". Сценарии Всемирного совета предпринимателей по вопросам устойчивого развития (ВСПУР): "FROG", "Geopolity" и "Jazz". [14,22,23] В. "Реляционное" моделирование Ранговые корреляции и классификация при анализе многомерных временных рядов в дендрохронологии. Группы факторов, влияющих на ширину годичных колец древесных растений. Представление о скользящих коэффициентах ранговой корреляции Кендалла, конкордадии, Хубера, синхронности Хубера с заданными "окнами", основанных на бинарных отношениях "больше-меньше" и "лучше-хуже". Классификация как введение бинарного отношения эквивалентности. Реляционная математика. [24-27] Пространственно-временной анализ дендрохронологических рядов (ДХР) участков вдоль северной границы лесов, основанный на использовании ранговых и знаковых коэффициентов корреляции и методов классификации (на базе "рангового" моделирования). Циклы с длительностями в пределах 10, 30, 50 и 120 лет. Связь прироста с солнечной активностью. Существование движущейся вдоль циркумполярной области с Востока на Запад пространственно-временной волны по условиям прироста протяженностью в 1300-1500 км, преодолевающей это расстояние за 50 лет. [27,28] "Эль-Ниньо" - погодные качели планеты. Общее представление об ЭльНиньо как локальном (Эквадоро-Перуанским) и глобальном (планетарном) явлении. Цикличность с периодом в 50 лет в динамике интенсивностей фиксированных проявлений Эль-Ниньо с 1525 по 1987 гг. Связь (непосредственная или опосредованная) между интенсивностями проявлений Эль-Ниньо с характеристиками ДХР на северном пределе произрастания лесов. [29] Экспертные системы и проблема принятия решений. Задача инженерии знаний и причина интереса к экспертным системам (ЭС). Область применения ЭС, типы решаемых задач и перспективы. Формализованные, неформализованные и неформализуемые задачи. Особенности неформализованных задач. Компоненты типичной ЭС и их назначения. Участники разработки ЭС. Классификация ЭС по назначению [29]. III. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ Промежуточный контроль - устный опрос и обсуждение. Итоговый контроль - экзамен (письменный по единому варианту вопросов). IV. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА

5

Список литературы (звездочками помечены основные источники) 1*. Исследования по общей теории систем: Сб. пер. с англ. – М.: Прогресс, 1969. - 520 с. 2. Общая теория систем: Сб. пер. с англ.- М.: Мир, 1966.- 186 с. 3. Bertalanffy L.von. Théorie générale des systémes.- Paris: Dunod,1973.- 298 p. 4. Joël de Rosnay. Le macroscope. Vers une vision globale.- Paris: Éditions du Seuil,1986.- 313 p. 5*. Саймон Г. Науки об искусственном: Пер. с англ.- М.: Мир, 1972. -148 с. 6. Акофф Р., Эмери Ф. О целеустремленных системах: Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1974.- 271 с. 7. Simon H.A. Administration et processus de decision.- Paris: Economica, 1983.- 322 p. 8. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем: Пер. с англ.- М.:Мир, 1973.- 344 с. 9. Месарович М., Такахара И. Общая теория систем. Математические основы: Пер. с англ.- М.: Мир, 1978.- 311 с. 10. Нейман Дж. фон. Теория самовоспроизводящихся автоматов: Пер. с англ. М.: Мир, 1971.- 382 с. 11*. Аладьев В.З. Однородные структуры. Теоретические и прикладные аспекты. - Киев: Техника, 1990.- 272 с. 12*. Джансеитов К.К. О стираемых и самовоспроизводящихся конфигурациях // Изв. АН КазССР. - 1969.- № 5. - С.58-63. 13*. Мур Э. Математика в биологии // Арбиб М. Мозг, машина и математика: Пер. с англ.- М.: Наука, 1968.- С. 196-216. 14*. Джансеитов К.К. К 200-летию демографической теоремы Т.Р. Мальтуса // Вестник КрасГУ. Серия "физико-математические науки". Вып. 1. - Красноярск: КрасГУ, 2002.- С. 121-125. 15*. Крапивин В.Ф., Свирежев Ю.М., Тарко А.М. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов. - М.: Наука, 1982.- 272 с. 16. Моисеев Н.Н. Человек и Ноосфера. -М.: Мол.гвардия, 1990.- 352с. 17*. Моисеев Н.Н. Социализм и информатика. -М.: Политиздат, 1988.-285 с. 18 . Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития.- М.: Наука, 1987.- 304 с. 19 . Беркович Р.Н. и др. Динамо. Язык математического моделирования (формальное описание).- М.: ВЦ АН СССР, 1972.- 29 с. 20. Forrester J.W. Dynamique Mondiale.- Lion: Press Universitaires,1982.- 224 p. 21*. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рэндерс И., Беренс В.В. Пределы роста: Пер. с англ.- М.: МГУ, 1991.- 207 с. 22*. Пестель Э. За пределами роста: Пер. с англ. -М.: Прогресс, 1988. -272 с. 23*. Зонтаг Р. Устойчивое развитие. Динамика и импровизация: три сценария будущего // Zeitschrift Deutschland. Политика, культура, экономика и наука. D21251F, № 5, Октябрь 1998.- С. 26-30. 24*. Кендалл М. Ранговые корреляции: Пер. с англ. -М.: Статистика, 1975. 25. Хеттманспергер Т. Статистические выводы, основанные на рангах: Пер. с 6

англ.- М.: Финансы и статистика, 1997.- 334 с. 26. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. -Новосибирск: Наука, 1996. - 246 с. 27*. Джансеитов К.К., Шишов В.В. Пространственно-временной анализ дендрохронологических рядов на базе отношений "больше-меньше" и "лучшехуже".- Красноярск: Препринт ИЛ СО РАН, 1993.- 29 с. 28*. Джансеитов К.К., Шишов В.В. "Эль-Ниньо" - погодные "качели" планеты? Красноярск: Препринт ИЛ СО РАН, 1999.- 29 с. 29*. Искусственный интеллект: В 3-х книгах. Кн.1. Системы общения и экспертные системы: Справочник / Под ред. З. Попова. - М.: Радио и связь, 1990. - 464 с.

Моделирование процессов в биосфере Составитель: Карл Каримбаевич Джансеитов Редактор А.А. Назимова Корректура автора

Тиражируется на электронных носителях Заказ 212 Дата выхода 22.01.2003 Адрес в Internet: www.lan.krasu.ru/studies/editions.asp Отдел информационных ресурсов управления информатизации КрасГУ 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. 22-05, e-mail: [email protected] Издательский центр Красноярского государственного университета 660041 г. Красноярск, пр. Свободный, 79, e-mail: [email protected]

7

8