14. Экология и кибернетика. Системный подход Экология и кибернетика

Сейчас все чаще для анализа ситуаций и процессов в одной области знаний привлекают модели и методы из других областей знаний, в частности из кибернетики.

Причины:

1. Во многих науках существенное значение приобрело понятие “сложная динамическая система”. Оно подробно разработано и используется в кибернетике.

2. Несмотря на то, что математические методы уже давно используются в естественных науках, методы кибернетики, кибернетический подход подводят новую основу под математическое ядро наук. Они дают возможность абстрагироваться от конкретного содержания рассматриваемой системы, позволяют рассматривать систему целостно.

3. К сложным динамическим системам можно применять функциональный подход, дающий возможность поставить программу исследований, основная идея которой состоит в построении функциональной зависимости “вход-выход”.

Такой подход может быть перспективным и при изучении различных экосистем, земных сфер, особенно там, где пока невозможно точно просчитать или проанализировать те или иные взаимодействия.

Кибернетическая система – наиболее общая и абстрактная модель большой системы. Как правило – открытая система. Элементы (подсистемы) такой системы могут представлять собой объекты любой природы.

Состояние элементов кибернетической системы может меняться:

– самопроизвольно;

– под воздействием внешних входных сигналов;

– под воздействием сигналов от других элементов системы (внутренних сигналов).

Структура кибернетической системы – система связей между элементами системы.

Полное описание кибернетической системы – суммарное описание законов функционирования системы и характеристика её начального (исходного) состояния.

Примеры построения функциональных схем для

систем различного уровня

Общий подход (алгоритм)

Примеры построения функциональных схем для систем

различного уровня

Химическая система (Al + раствор Na₂S)

Изменением начального состояния можно изменять выходные сигналы (увеличить, уменьшить, ускорить, замедлить, прекратить совсем).

Гидросфера

Функциональная схема подсистемы «океанические циркуляции»

Входные (внешние) сигналы:

С – солнечное излучение

К – сила Кориолиса

В – ветровые процессы в атмосфере

Нефть – разлив нефти

Блоки (подсистемы):

∆ t – различные по температуре части океана

Tэ-п – течения от экватора к полюсу

Танти – антициклонические течения

Тант и Тар – вынос антарктических и арктических вод

Ткз – компенсирующие течения вдоль западных побережий

conv – смешение холодных и теплых течений

Q – перенос тепла в Арктику (1) и Антарктику (2)

Sл – площадь льдов в Арктике (1) и Антарктике (2)

Простейшая функциональная схема для биоструктур

Пример составления уравнений по структурной схеме