Теория фракталов - масштабная иерархия природных явлений и объектов.
-D n r , (3)
где n - число объектов с характерным размером не менее r. Показатель D называется фрактальной размерностью и отражает как размерность пространства, где функционируют изучаемые объекты, так и характеристики самих этих объектов. Фрактальная размерность D, в отличие от обычной размерности пространства и времени может быть дробной (3,5 -3,6 и т.д.). Фрактальный подход успешно использован для оценки распределения величины смещений по основному и системе второстепенных разломов на западе Северной Америки. Полученный результат в этом случае, несмотря на грубую идеализацию реально существующей сети разломов правильной фрактальной структурой, хорошо согласовался с геодезическими данными. Использование общего понятия фрактальной размерности позволяет сделать ряд предположений, детализирующих вероятное поведение упоминавшихся выше природных систем. Можно ожидать, что в местностях со сложным высокогорным рельефом коэффициент К должен несколько увеличиваться.
Аналогично можно ожидать более дробного деления ландшафтных единиц в областях с сильно гетерогенным физическим, антропогенным и другими внешними воздействиями. В обоих случаях рост разнообразия среды аналогичен увеличению эффективной размерности пространства, где функционирует рассматриваемые системы (речная сеть, в одном случае и ландшафт - в другом). Эмпирическая проверка высказанных предположений позволяет уточнить возможности применения формального аппарата теории фракталов для описания природных систем. В заключении отметим, что теория фракталов ничего не говорит о природе масштабной пространственно-временной иерархии. Она представляет собой лишь формальный аппарат пригодный для описания подобного класса объектов.
Автор попытался рассмотреть и природу этих важных закономерностей.
Обсуждение результатов. Циклы коэволюции ландшафтов и общества. Выделение этапов ландшафтопреобразующей деятельности явилось результатом синтезирующих исследований автора на основании критического изучения опубликованных за последние 100 лет работ многих исследователей Сибири и Дальнего Востока. Анализ этапов коэволюции ландшафтов и общества выявил некоторые закономерности. Начинается климатический цикл этапов увлажненности, далее следует этап климатического оптимума, способствующий расцвету биоценозов, и завершается цикл этапом повышенной сухости. При совместном действии антропогенных и природных факторов происходят медленные количественные изменения параметров развивающейся геосистемы, а затем наступает лавинообразный переход в новое устойчивое состояние. Согласно нашим многолетним исследованиям в разных регионах, в нарушенных геосистемах управляемых природными процессами (по нашей классификации это категории - 0, I, II, III), такой переход в границах ландшафтной единицы может оцениваться в процентах площадей, занятых ненарушенными и прежде всего растительно-почвенными системами (соответственно -80, 60, 40 и 20%%). Дальнейшие "сломы" системы развития определяют пределы в 10 и 5%%, после чего геосистема с прежним инвариантом как бы "погибает" и на ее месте возникает геосистема с другим инвариантом, но значительно хуже перерабатывающая косное вещество, информацию и энергию в живое вещество. Возникают новые интервалы параметров равновесия (поля устойчивости) с обликом новообразованной геосистемы подобной одному из пограничных с преждним, ландшафтных типов. На месте северных таежных лесов последовательно образуются лесотундроиды и тундроиды, вместо средне- и южнотаежных - лесоиды, чаще представленные березняками; на месте широколиственных лесов - лесоиды, состоящие из дубняков, лесостепоиды и степоиды (в нашей конкретике - т.н. амурские прерии). Процессы деструкции геосистем, с параллельно действующим саморазвитием и самоорганизацией, приводит их к формированию на завершающих стадиях вполне устойчивых песчаных и каменистых пустыноидов. Все эти псевдоестественные новообразования активно развиваются в пределах Дальнего Востока и всей Азиатской России. Критические пределы, когда реализуется однозначно регрессивная, деструктивная (саморазрушающаяся) динамика, различны для каждого из типов геосистем. Для разных зональных типов ландшафтов Амурской области на основе анализа эмпирических, экспериментальных и опубликованных данных составлена шкала предельно допустимой нарушенности ландшафтов, при которой в ландшафте еще сохраняется потенциальная возможность для самовосстановления до состояния, соответствующего исходному зональному типу с исходным инвариантом. Как выяснилось, этот процент естественных экосистем в ландшафте, достаточный для самовостановления его до зонального типа, варьирует от 100% для гольцов и горных тундр, где самовосстановление не происходит вообще (и вся эта группа ландшафтов относится автором к неустойчивым комплексам среды), до 35% для пойменных урочищ широколиственно-лесной зоны юга Амурской области (относятся к высокоустойчивым комплексам среды). Автором предлагается для обсуждения следующие аналитические выводы: 1. Прежде чем приступить к изучению динамики любой геосистемы необходимо выявить ее устойчивые состояния. Устойчивые системы характеризуются тем, что отражают установившиеся отношения в системе безотносительно к истории установления этих отношений. Уже это позволяет прежде всего использовать их как системные (переменные) законы. Системный закон отражает взаимообусловленность всех элементов, тем самым единовременно (мгновенно) обуславливает поведение подсистем в системе в целом. 2. Сами эти уровни устойчивости можно рассматривать как элементы (подсистемы) более сложной устойчивой системы и динамика перехода между этими "устойчивыми" подсистемами может быть найдена на основе принципа согласованности: динамика развития подсистем должна происходить таким образом, чтобы не была нарушена устойчивость (квазиустойчивость) более высокого уровня иерархии. 3. Выяснено, что в системах иерархического типа при смене устойчивых состояний наблюдается эффект инерционности. Он проявляется в том, что даже после изменений нарушающих прошлую устойчивость, система по основным параметрам сохраняет величины (параметры устойчивости) на довольно длительном промежутке времени - эффект "тоннеля". После прохождения интервала инерционности, который может быть рассчитан, наступает резкое расхождение характеристик параметров устойчивости - эффект "душа". Расхождения могут достигать сотни и тысячи раз. В математике это явление используется для выбора численных решений уравнений, в которых присутствуют быстрые и медленные переменные: в "тоннеле" можно брать довольно большие интервалы (время наблюдения) между текущими значениями, а в режиме "душа" для того чтобы получить точные (численные) результаты шаг необходимо уменьшить в тысячи и сотни раз. Этот факт представляет значительный интерес и с точки зрения мониторинга геосистем и теории управления природопользованием. С учетом этих факторов был применен аппарат теории надежности для отработки вариантов развития региона. В качестве фактора меняющего ситуацию в регионе, рассматривалось изменение сухости-влажности, результатом которого является засушливый или избыточно влажный период ведения сельскохозяйственных работ. Прогноз естественных циклов верифицировался с учетом статистических наблюдений прошлых лет. На этой основе была построена функция надежности Ф(t). Путем ее интегрирования было найдено среднее время работы системы без отказа. Используя характеристики функции надежности, был описан вектор возможных условий развития природных факторов, рассматривались варианты программ развития экономики региона. Была осуществлена оценка затрат различных вариантов развития региона с учетом действия негативных факторов Зij. Это позволило сформировать платежную матрицу и применить критериальный аппарат теории матричных игр. Проведенные исследования позволили выявить новые аспекты в формировании системы управления природопользованием в регионе на длительную перспективу.
Немного больше о технологиях >>>
Нанотехнологии в современных системах вооружения
Не
секрет, что применение высоких технологий в современной военной технике
является залогом успешного ведения боевых действий. Благодаря этому повышается
автономность используемой боевой техники, а также ее эффективность. Уже
существуют автономные разведывательные роботы-самоле ...
Изобретать по правилам
Задавали ли Вы себе когда-нибудь вопрос:
"Бывают ли нетворческие профессии?" Какие? Фрезеровщик на заводе
приделал несколько линз и зеркал к обычному станку. Теперь он, даже не
поворачивая головы, видит все шкалы, не надо "нырять" к нониусам,
терять время, с ...
