Моделирование функционирования агроэкосистем.

Диапазон и масштаб моделируемых процессов крайне велик – от глобальной экологии до прогнозирования динамики отдельных компонентов агроценозов. Выделяют статические и динамические модели.

Статистические модели функционирования агроэкосистем

Статистические модели строятся при допущении, что исследуемый процесс случаен и может быть изучен с помощью статистических методов анализа систем. Они включают: эмпирические- и динамические статистические модели, корреляционный и факторный анализ, многомерное шкалирование, анализ временных рядов.

В истории разработки статистических моделей продуктивности агроценозов можно выделить несколько этапов: по обобщенным агроклиматическим показателям; эмпирическим уравнениям регрессионного типа; динамико-статистическим и физико-статистическим моделям; комплексным имитационным моделям.

Эмпирические (экспериментальные) модели представляют регрессионные уравнения, связывающие конечный результат (урожай и показатели его качества) с действующими величинами. Важный вклад в создание эмпирических моделей продуктивности внесли работы Т.И. Ивановой, А.П. Федосеева.

Эмпирико-статистические модели применяются в фитопатологии для описания динамики эпифитотий.

Динамические модели предназначены для прогнозирования и оперативного управления продукционным процессом с учетом складывающейся агрометеорологической обстановки. В основе динамического моделирования – описание системы с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных, параметры которых определяют по эмпирическим данным. Известны динамические модели формирования урожая Г.Е. Листопада, А.А. Климова, О.Д. Сиротенко.

Физико-статистические модели рассматривают систему как совокупность взаимодействующих элементов со случайными свойствами. К физико-статистическим относятся и так называемые марковские модели. Они представляют развитие системы в виде разветвленной сети состояний.

Комплексные имитационные модели призваны повысить адекватность агроэкологических прогнозов за счет качественно более полного использования эмпирических данных.

Распознавание образов (РО) – направление исследований, связанное с разработкой процедур определения принадлежности объекта к одному из заранее выделенных классов (образов). Дистанционная диагностика используется для идентификации очагов засоления, нефтяного загрязнения, содержания гумуса, исследования неоднородности почв и т.п.

Динамические модели функционирования агроэкосистем

"Диффузные" модели используют аппарат уравнений переноса (диффузии). Область их применения – расчет потоков вещества и энергии в относительно гомогенных или приближенных к ним средах.

Балансовые модели описывают динамику систем как совокупность процессов переноса вещества и энергии.

Балансовые модели - основной инструмент изучения динамики гетерогенных систем, но они не способны передать смену их состояний и изменение кинетических характеристик. Для этого предложены модели автоматного типа с дискретно-переменными скоростными коэффициентами.

Модели теории исследования операций (ТИО) решают задачу оптимального управления в условиях, когда доступные ресурсы ограничены, т.е. регламентированы значения переменных.

Информационное обеспечение агроэкологических моделей

Информационное обеспечение математических моделей включает системы поддержки принятия решений (СППР), геоинформационные системы (ГИС), системы управления базами данных (СУБД), системы основанные на знаниях (СОЗ), автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), среды имитационного моделирования. Для персональных компьютеров и рабочих станций предложены системы, реализующие языки имитационного моделирования (SLAM II, GPSS, SIMULA, DINAMO).

Для хранения и представления картографической информации используются геоинформационные системы (ГИС). В настоящее время в Российской Федерации ведется работа по созданию единого цифрового фонда общегеографических и тематических карт масштаба 1:10000-1:1000000, создан ряд региональных ГИС (Север, Байкал, Рязань). Версии для ПК имеют картографические системы: IDIRSI (США), TERRASOFT (Канада),