Инженер по проектированию механизированных разработок (экологические модели). В. В. Иванищев

Люди в своей практической деятельности оказывают воздействие на окружающую природу. Эти воздействия могут быть незапланированными, например, загрязнение океана нефтепродуктами в результате столкновения танкеров, и планируемыми, регулярными, такими, как загрязнение атмосферы в результате повседневной деятельности предприятий. Изучением влияния различного рода воздействий на природу занимается такая наука, как экология. Точнее, экология - это наука о взаимоотношениях между живыми организмами и их средой обитания.

Одним из основных методов количественного анализа процессов в экологии является метод моделирования. Различают два основных метода моделирования: натурное и математическое. При натурном моделировании создаются в уменьшенном масштабе натурные копии исследуемого явления. Так, например, для изучения полей скоростей течений в озере могут создаваться специальные резервуары, воссоздаваться ветровые условия и т. д. При таком подходе для каждого нового экологического объекта и новой задачи по его исследованию должна создаваться новая натурная модель. Ввиду большой трудоемкости разработки натурных моделей в практике экологического моделирования преобладающим является метод моделирования на основе знаковых моделей.

Эффективность такого подхода особенно наглядна, когда в поле зрения оказывается не все многообразие явлений окружающего мира, а какая-то его область, имеющая характерные особенности. В этом случае создаваемые знаковые системы могут быть простыми настолько, что ими может овладеть специалист-эколог, не имеющий специальной подготовки в области вычислительной техники и программирования. Таким образом, либо на входном языке данной проблемной области, либо с использованием традиционных языков математики (языка дифференциальных, разностных, алгебраических уравнений; языка алгоритмических операторов и т. д.) создается знаковое описание исследуемого явления, называемого его моделью. Самое общее представление о структуре модели задается ее блок-схемой.

Одной из отличительных особенностей экологических моделей является их разносторонний характер. Достаточно проследить этапы развития, например, процесс эвтрофирования водоема, чтобы увидеть, как цепь причинно-следственных связей данного явления пронизывает целый ряд областей, находящихся в ведении различных научных дисциплин - гидробиологии, ихтиологии, лимнологии и т. д. Вот почему экология по своей природе является комплексной наукой, стоящей на стыке многих научных направлений. Это обстоятельство накладывает свой отпечаток на всю работу по построению экологических моделей и на личность инженера-программиста, разрабатывающего экологические модели.

Разработчик, как правило, не является специалистом в какой-то узкой области природоведения. Чаще всего это специалист в области алгоритмизации, системного анализа, математики, программирования, то есть в той области, которая соприкасается с разработкой моделей. Однако, взявшись за разработку экологических моделей, такой специалист должен настолько глубоко вникнуть в проблематику прикладных вопросов природоведения, насколько это потребуется, чтобы совместно с представителями узких областей природоведения суметь построить модель экологического явления в целом.

Решить такую задачу в силу своей подготовки не в состоянии ни один из узких специалистов в области конкретных разделов экологии. Однако каждый из них обладает своим видением предмета исследуемого явления. Поэтому перед разработчиком экологических моделей возникает вторая важная проблема - суметь разобраться и увязать различные точки зрения специалистов на одни и те же природные явления, поставить нужные вопросы для исследования, определить требуемый уровень подробности описания экологического явления, объем необходимой информации, выбрать язык описания модели (например, дифференциальные уравнения, разностные уравнения, автоматное описание, имитационные алгоритмы и т. д.) или разработать свой собственный, решить вопросы машинной реализации моделей и многие другие.

Если все эти проблемы удается, в конце концов, решить, то разработчик испытывает заслуженное моральное удовлетворение от проделанной работы. Виден конкретный результат в виде модельного комплекса, позволяющий "проигрывать" различного рода неблагоприятные ситуации и прогнозировать их последствия для рассматриваемого экологического явления: изменять "уровень" вод озер и морей; исследовать поведение рыбной популяции при различной интенсивности вылова и состояния кормовой базы и т. д.

Специалист, занимающийся разработкой моделей вообще и экологических в частности, должен обладать всеми качествами научного работника, а также некоторыми специфическими: например, способностью к синтезу представлений, учитывающих многие явления и локальные проявления одного сложного процесса. Чтобы выполнить эту задачу, нужно уметь учитывать чужое мнение, спорить принципиально, доброжелательно относиться к успехам товарищей, помогать им в трудных ситуациях. Без этого не удастся создать атмосферу взаимного доверия и внимания в среде коллектива разработчиков, привлеченных к созданию комплекса экологических моделей.

К сожалению, специальность инженера-программиста по разработке экологических моделей не выделилась пока в самостоятельный вид, и потому в высших учебных заведениях не созданы специальные факультеты с таким названием. Однако работы по экологическому моделированию уже сейчас распространены достаточно широко и проводятся практически во всех вузах в виде научно-исследовательской работы, выполняемой преподавателями и студентами. Наилучшие результаты дает сочетание математического образования с глубокими знаниями по той или иной природоведческой специальности.