Алгоритмы развития - Моисеев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Обсуждение исходных позиций и изучение огромного литературного материала заняли несколько лет. Результаты этой работы нашли отражение в целом ряде публикаций 2, поэтому на их изложении я остановлюсь очень бегло.
На этом этапе наши усилия были сосредоточены прежде всего на создании формализованного описания основных процессов, протекающих в биосфере, — циркуляции биогенных элементов, влагопереноса, энергетики атмосферы и т. д. Описание же процессов общественной природы и исследований структуры «обратного влияния» изменения параметров биосферы на процессы, протекающие в обществе, мы считали возможным отложить на более позднее время, когда мы сможем лучше разобраться в «прямом влиянии» человека на биосферу и с большей подробностью оценить те ограничения, которые окружающая среда накладывает на активную деятельность человека.
На начальном этапе исследований нам казалось естественным и достаточным использовать «метод сценариев». Это означает, что на этом этапе мы представляли человеческую деятельность как фактор экзогенный по отношению к биосфере. Построив с помощью экспертов сценарии возможных вариантов человеческой деятельности, мы тем самым могли бы оценить антропогенные нагрузки на биосферу. При таком подходе наша задача качественно упрощалась, поскольку сводилась лишь к расчету реакций биосферы на эти нагрузки. Конечно, этот подход выглядит весьма ограниченным, ибо сценарии сами должны быть предметом специального анализа и они сами определяются состоянием биосферы. Тем не менее, как мы это увидим ниже, данный подход позволил нам получить ряд весьма полезных результатов.
Важнейшее значение для реализации нашего подхода имела выдвинутая нами концепция «минимальной модели». Об этом коротко я уже сказал в последнем параграфе предыдущей главы. Теперь я рассмотрю этот вопрос в ином ракурсе. Сегодня целый ряд особенностей биосферных процессов изучен с относительно большой полнотой. Значит, основной задачей сейчас является не столько изучение или уточнение отдельных частностей, сколько попытка собрать все известные сведения, известные модели воедино и представить их совокупность в виде некоторой связанной системы, изучение которой в режиме имитации и позволило бы получить целостное модельное описание биосферы, представить ее как единое целое. Слово «минимальная» означает, что в этой целостной модели должны были найти отражение все основные факторы, отбрасывание каждого из которых качественно искажает картину развития системы Гея на временных интервалах, сравнимых с жизнью одного поколения. Кроме того, к системе моделей, образующих «минимальную модель», предъявляется еще целый ряд достаточно очевидных требований прагматического характера. Прежде всего такая система должна
быть в известном смысле «равнопрочной», т. е. точность ее отдельных блоков должна быть примерно одинаковой. В самом деле, бессмысленно добиваться очень точного описания, скажем, особенностей конденсации влаги в облаках и в то же время не учитывать основных характеристик энергообмена между океаном и атмосферой. Поэтому-то мы и стремились построить такую систему моделей, которая допускала возможность учета всей минимальной информации, без которой она уже не имела бы смысла. Необходимо было также иметь такие блоки описания отдельных составляющих взаимодействия человека и биосферы, которые бы при соблюдении требования «равной прочности» позволили использовать для анализа модели отечественную вычислительную технику. Последнее ограничение было очень существенным, поскольку предъявляло весьма жесткие требования и к объему используемой информации, и к размерности модели из-за относительно невысокого быстродействия ЭВМ.
В конечном итоге первая версия системы модели была приспособлена к машине БЭСМ-6. Здесь мы не будем описывать эту версию, так как ее более или менее подробное изложение дано в специальной работе 3.
2. Эксперименты с «минимальной моделью»
К настоящему времени система моделей, разработанная в Вычислительном центре АН СССР, уже позволила провести серию интересных экспериментов, давших новую и в достаточной степени неожиданную информацию о свойствах биосферы на современном этапе ее развития. В очень грубом приближении эту систему можно представить в виде трех блоков — блока климата, блока биоты и блока человеческой активности. Наиболее сложный из них — последний, и о нем речь пойдет позже. Основные наши усилия были направлены на разработку двух первых блоков.
Климатический блок состоит из двух систем моделей. Первая из них описывает динамику биосферы, ее энергетику, перенос влаги, влагообразование, испарение и т. д. Она учитывает рельеф Земли, изменение альбедо вследствие образования и таяния снежного покрова и льда и те энергетические потоки, которые связывают океан и атмосферу. Вторая система описывает динамику океана, вернее, его приповерхностного слоя. Океан чрезвычайно инерционен. Заметные изменения, например, средней температуры океана происходят за периоды порядка многих сотен лет. Поэтому, если мы хотим получить оценки, скажем, на ближайшее десятилетие, нам достаточно учесть только процессы, протекающие в его приповерхностном, так называемом «деятельном», слое. Затем нам приходится учитывать образование и таяние морского и материкового льда, снега, процессы, которые оказывают влияние на энергетику биосферы, и т. д.
