1.3.Балльные оценки
Широкое применение в экологии получили балльные шкалы и оценки. Балл – это порядковый номер группы ранжируемых явлений, ограниченной известными пределами их интенсивности или выраженности. Шкала баллов представляет собой количественную классификацию, то есть разбиение ряда непрерывно усиливающихся или ослабляющихся явлений на несколько групп (Арманд Д., 1975). Использование балльных оценок в экологии связано в большой степени с необходимостью приведения разнообразных показателей к единой системе. Кроме того, во многих случаях невозможно получить оценку воздействия на объект или его состояния в виде конкретного численного параметра
Выбор числа классов. При составлении карты необходимо произвести разбиение полного интервала значения экологического показателя на частные интервалы или классы. Речь идет как о количестве классов, так и о выборе равномерной, расширяющейся или сужающейся шкалы.
В основу может быть положен формальный признак, но чаще приходится использовать содержательные критерии, связанные с наличием пороговых величин или с другими признаками. Такими пороговыми величинами выступают, например, предельно-допустимые концентрации, предельно допустимые выбросы, предельно-допустимые сбросы, предельно-допустимые нагрузки. Эти величины по определению должны соответствовать важной границе, которая на карте должна выражаться в виде линии, разграничивающей допустимые и недопустимые значения.
Разбиение интервала значений на классы. Баллы бывают оценочными и измерительными. Измерительные баллы отражает степень выраженности явления, свойства (объекта оценки), а оценочные баллы передают отношения кого-то или чего-то (субъекта оценки) к той или иной степени выраженности этого явления, его степень пригодности, благоприятности для кого-то или чего-то. Оценка – это всегда интерпретация результатов измерения или характеристики (Мухина, 1974). Различия между измерением и оценкой проявляется и в самом построении балльных шкал. При создании измерительных шкал фиксируются непрерывные ранвомерные изменения значений показателей. При построении оценочных шкал, при разбиении шкалы измерений на оценочные ступени мы выбираем границы между этими ступенями так, чтобы они не просто отражали интервалы значений измерения (от …. до….), но показывали, где, в каких узловых точках происходит переход этих значений от «полезных» (благоприятных) для данного субъекта к «вредным» (неблагоприятным, опасным). Таким образом, если шкала измерений отражает количественные изменения показателя, то шкала оценок отражает изменения качественные. При этом одно и то же свойство (один и тот же показатель) может быть оценено по-разному для разных субъектов. При одной и той же степени выраженности какого-либо свойства степень его пригодности, благоприятности для разных целей может быть различной. То есть измерение какого-либо показателя всегда однозначно, оценка его может быть многозначной (Мухина, 1974).
Численные значения баллов не следует абсолютизировать. Они условны: если один объект оценен в 4 балла, а другой – в 2 балла, то первый объект более благоприятен для рассматриваемого вида деятельности. Но это не значит, что он лучше в 2 раза. Такое сравнение не имеет смысла. Объект может быть в два раза больше, в два раза дороже, но он не может быть в два раза лучше. Баллы же измерительные могут иметь абсолютное значение.
Измерительной является шкала силы ветра (от 0 до 12 баллов). Но при оценке баллов этой шкалы для разных целей мы получим разные шкалы, поскольку для загорающего на пляже человека благоприятной скоростью ветра скорее всего будет 1-2 м/с, для парусных судов – 5-10 м/с а для получения энергии ветрогенераторами – 10-15 м/с. Измерительными баллами являются также шкалы землетрясений.
Гораздо чаще используются оценочные баллы.
Разбиение интервала значений величины на градации
Численный интервал (например от 1 до 80) может быть разбит на разное количество градаций (например на 4, 10 или 20), шкала может быть равномерной или неравномерной: расширяющейся, сужающейся или какой-либо другой (рис.1.12).
Расширяющаяся шкала обычно используется
в том случае, когда колебания интенсивности
явления играют особенно большую роль
при слабых его проявлениях, а по мере
его усиления его изменения играют
меньшую роль. Например, разница между
участками, имеющими крутизну в 5
и 10
с точки зрения полеводства очень велика,
а разница в те же 5
между участками, имеющими крутизну 55
и
60
,
практически отсутствует. В этом случае
необходима расширяющаяся шкала, например
такого типа:
0-1 , 1,1-3 , 3,1-8 , 8,1-15 , 15,1-25 , 25,1-40 , более 40 .
Сужающаяся шкала может быть использована, например, при классификации паводков по степени опасности, когда подъем воды становится все более опасен при больших значениях.
Еще один вариант разбиения шкалы – высокие оценки в середине и низкие оценки при высоких и низких значениях явления. Такова, например, эстетическая оценка местности по степени лесистости: в этом случае обычно наибольшую оценку получают местности с лесистостью 40-60%, а совершенно безлесные или полностью залесенные территории оцениваются наиболее низко.
Технику построения расширяющейся шкалы
описывает Д.Л.Арманд (1973). Примем длину
отрезка опорной шкалы от 0 до i
(где i = 1,2,…. n
) - через L
.
Выражение L
связано
с n какой-либо
функцией, чаще всего показательной. В
этом случае L
=
n
.
Задача состоит в определении показателя степени x. Логарифмируем
x
=
.
Допустим, что опорная величина, которую нужно перевести в баллы, имеет 80 градаций
Интеграция экологических показателей
По степени интеграции экологические показатели можно разделить на три основных уровня: элементные (элементарные), компонентные и комплексные (Карпенко и др., 2002). Элементные (элементарные) – это показатель концентрации конкретного загрязнителя (например, содержание свинца в единице объема почвы, отнесенная к фоновой концентрации или к ПДК) или элементарная характеристика состояния леса или водоема, которые нельзя разделить на составные части. В.И.Стурман сужает понятие элементарного показателя: элементарные показатели характеризуют состояние одного компонента среды, в одной точке, по одному из параметров, в единичный момент времени (Стурман, 2003, с.77). Однако, если мы фиксируем состояние лишайника в конкретный момент времени, то это тоже элементарный показатель, но он интегрирует воздействие за большой промежуток времени (а не только в момент наблюдения).
Способ интеграции разных показателей для получения комплексной характеристики является одной из трудных задач многих наук. Эта задача ставилась в работах Л.И.Мухиной (1973), Д.Л.Арманда (1975), которые рассматривали этот вопрос применительно к оценкам ландшафтов. Предлагаются способы сложения или умножения оценок, придания разным показателям разного «веса» вследствие их разной роли, значения. Предлагается также использовать лимитирующий фактор. Суть его применения заключается в том, что, если ведущий показатель, определяющий качество оцениваемого объекта, получает наинизшую оценку, то объект независимо от величины суммарной оценки, должен быть отнесен к низшей оценочной категории. А.Г.Исаченко (1994) возражает против использования сложения или умножения оценок, имеющих разный смысл, например загрязнение воздуха и состояние популяции. По-видимому, этот вопрос не имеет строгого решения. Он связан с достижением консенсуса или с принципом Парето.
Количество элементарных показателей велико. Каждый из них раскрывает лишь отдельные аспекты экологического состояния. Необходима их интеграция. Методологическая основа интеграции – квалиметрический принцип (Стурман, 2003, с. 78), согласно которому любое свойство качества определяется двумя числовыми параметрами: относительным показателем и весомостью. Относительными показателями являются концентрации поллютантов и уровни физических полей, нормированные на ПДК, ПДУ или на нормы природного фона.
Временная интеграция состоит в осреднении показателей, а также получения характеристик изменчивости и распределения. Смысл временной интеграции по отношению к инерционным объектам (почвы и др.) отличается от интеграции по отношению к воздуху. Элементарный показатель загрязнения воздуха, относящийся к моменту времени, характеризует только этот момент времени и ничего более. Как в предыдущий, так и в последующий моменты времени, величины загрязнения могут быть другими, хотя не исключено, что они могут быть более или менее одинаковы. Но величину загрязнения почвы, зарегистрированную в определенный момент времени, мы можем распространить на довольно значительный предыдущий и на довольно значительный последующий периоды времени, если исключить возможные экстремальные ситуации. Такие различия обусловлены разной инерционностью воздуха и почвы, способностью последней накапливать вещество, энергию и информацию.
Таким образом, элементарные показатели, относящиеся к депонирующим (накапливающим) компонентам среды, характеризуют обстановку не только за время фиксации, но за более длительный промежуток времени (какой ?). Показатели почв и донных отложений по В.И.Стурману характеризуют весь период антропогенного воздействия, а кора и древесные ткани – за ряд лет. Эти показатели как бы первично интегрированы во времени. Показатели, относящиеся к воздуху, отражают лишь данный момент времени.
Территориальная интеграция связана с переходом от показателей в точках к показателям в пределах более сложных территориальных единиц. Возникает вопрос – насколько репрезентативными являются интегральные показатели территориальных единиц: средние арифметические, средне взвешенные значения, кривые распределения и т.д. Совершенно ясно, что средняя величина, полученная для довольно однородной территории, не может механически сравниваться со средней для контрастной территории. В этом случае средние арифметические должны дополняться показателями вариации: коэффициентом вариации и/или средним квадратическим отклонением.
Можно также говорить о пространственно-временной интеграции (территориальной и временной). В этом случае речь идет единицах (от элементарной до более сложных), характеризующихся одновременно пространственными размерами и временными размерами (длительностью существования). Таблица 1.2. Характерные сочетания пространственных и временных единиц геосистем
+ реальное сочетание, - сочетание, не имеющее реального смысла, + сочетания, наиболее часто используемое в исследованиях (число пространственных и временных единиц на порядок выше – в таблице приведены наиболее употребительные).
|
Межингредиентная
интеграция проводится
с целью получения локальной характеристики
состояния одного из компонентов среды.
Примером могут служить комплексный
индекс загрязнения атмосферы (ИЗА),
индекс загрязнения воды (ИЗВ), суммарный
показатель загрязнения почвы Z
,
интегральные коэффициенты сохранности
биоразнообразия (ИКС). Она заключается
в
процедурах сложения, умножения или иных
процедурах элементарных или в разной
степени обобщенных показателей.
Межкомпонентная интеграция – это интеграция показателей, характеризующих различные геокомпоненты: воду, воздух, почвы и т.д.
Одним из проблемных вопросов является вопрос о методах определения весомости показателей и качеств отдельных элементов экосистем и окружающей среды. Обычно говорят о четырех способах: стоимостный, экспертный, вероятностный и смешанный. Стоимостный метод предполагает оценку слагаемых качеств в денежном выражении. В.И.Стурман (2003, с.23) подчеркивает, что в экологии экономические оценки носят вторичный характер, что подчеркивает что данный подход не может быть главным. Экспертный метод (метод «Дельфин») включает участие группы из 10-12 экспертов, отвечаюших на поставленный вопрос. Ответы носят количественный характер, даваться в несколько туров со взаимным ознакомлением с результатами, обменом мнениями в целях выработки усредненного коллективного решения (Азгальди, Райхман, 1973). Данный метод является наиболее распространенным.
Вероятностный подход применяется в рамках методики оценки риска, например риска возникновении я заболеваний в зависимости от состояния окружающей среды. Но для его широкого применения необходимы достаточные для вероятностно-статистических расчетов объемы информации. Этот подход основан на существовании статистических зависимостей между состоянием окружающей среды и состоянием субъекта.
Территориальная интеграция строится на основе использования выборочных процедур, если измерениями охвачены не все пикселы территории. Но если используются дистанционные методы, то можно говорить о первичной интеграции (Стурман, с.53).
Пространственно-временная интеграция предусматривает отнесение пространственных характеристик к определенному временному интервалу, имеющему тот или иной смысл.