Питання Моделювання у фізичній географії Моделювання виконує роль необхідного інструменту
На планетарному рівні існує така класифікація моделей: імітаційні, концептуальні та проміжні. Імітаційні моделі складаються для представлення динаміки зміни явищ, наприклад, клімату. Концептуальні чи методичні моделі призначені для демонстрації правдоподібності процесів та формуються на основі загального розуміння зворотних зв'язків. Моделі проміжної складності необхідні імітації взаємодії серед процесів у природній системі.
Термін «модель»походить від латинськогоmodulus– зразок, норма, міра. Модель представляє окремий випадоканалогії- важливого методу наукового пізнання. Дослідники прагнуть пояснення невідомого через відоме, зрозуміле. Наприклад, топографо-геодезична карта дає уявлення про рельєф.
У географії розрізняють такі основні моделі: словесні, картографічні, структурні, графічні, математичні, натурні. Моделі можуть бути також комбінованими: математико-картографічними, математико-графічними та ін.
Словісні моделіє опис геосистеми за допомогою засобів мови.
Картографічні моделі- це географічні карти разом з нанесеною на них ситуацією певного змісту та призначення. Використання в географічних дослідженнях результатів математичного аналізу та відображення їх на карті призводить до створення математико-картографічної моделі (наприклад, відображення коефіцієнтів кореляції на карті у вигляді ізокорелетів, що характеризують просторову залежність між двома змінними).
Структурні моделі(схеми) дуже часто застосовуються при класифікації об'єктів, систем, процесів за певною ознакою або для передачі послідовності процесів при вивченні генези,еволюції об'єкта чи системи (наприклад, класифікація ландшафтів на місцевому, регіональному чи глобальному рівні, уявлення про зміну елементарних природних процесів при гумифікації та мінералізації органічної речовини). Супідрядність окремих структурних елементів при складанні моделі виражається у вигляді ліній і геометричних фігур, а й із включенням словесної моделі. Так формується структурно-словесна модель.
Графічна модельявляє собою графік з нанесеними на нього результатами досліджень у вигляді точок, ліній та за допомогою інших способів відображення. Графічна модель може поєднуватись з математичною за допомогою рівняння, що характеризує зображення. Така модель називається математико-графічною.
Математичні моделіє абстрактним описом об'єктів, явищ або процесів за допомогою знаків (символів). Вони мають вигляд рівнянь чи нерівностей, формул. Застосовуються у випадках, коли інше моделювання утруднене чи неможливе.
Всі моделі відображають найбільш суттєві сторони об'єкта, здатні замінювати його, давати інформацію про передбачувану поведінку або мінливі умови (у = ах2 , дех- змінна). Таким чином, модель служить засобом пізнання оригіналу та відображає найважливіші його властивості.
Натурна модельє імітацією природного об'єкта або явища у вигляді макета.
За характером відображення системи або процесу виділяють відповідностатичнітадинамічнімоделі. І ті й інші буваютьдетермінованимитастохастичними. Статистичні детерміновані моделі характеризують структуру без її у часі. Статистичні стохастичні моделі враховують можливі варіанти стану системиу певний момент. Динамічні детерміновані моделі відбивають певний напрямок розвитку системи. Динамічні стохастичні моделі відтворюють структуру, зв'язок та процес розвитку системи з урахуванням ймовірностей коливання факторів, що впливають на динаміку цього процесу. Такі моделі є оптимальними та ідеальними для вивчення всіх складних геосистем. Ідеальна модель не повинна бути надто складною чи надто простою.
Цінність будь-якої моделі визначається досягнутим у ній рівнем узагальнення. Тому моделі змінюються та уточнюються у міру надходження нових даних. Для досягнення високого рівня узагальнення при побудові моделі потрібна висока якість відбору інформації, що використовується. Хороша модель може наштовхувати дослідника на нові проблеми, висунення гіпотез, на збирання, впорядкування та виявлення необхідної інформації. Модель виконує також конструктивну функцію як щабель шляху створення теорії та пізнання законів.
Слід пам'ятати, що з створенні моделі не можна повністю усунути недоліки, обумовлені самою методикою спрощення. Це може призвести до невідповідності моделі та оригіналу, стати причиною неточностей в інтерпретації досліджуваного явища та помилок у прогнозі. Тому при побудові моделі необхідно використовувати лише об'єктивно відібраний та перевірений матеріал.
Моделюванняявляє собою процес відтворення моделі об'єкта явища або процесу з метою вирішення поставленого завдання певними методичними прийомами для контролю за результатами дослідження та їх реалізацією.
Об'єктє фізичним (матеріальним) тілом і вивчається за допомогою геометричної моделі або рідше цифрової математичної моделі.Явлення- це зовнішні властивості та ознакипредмета, осягані через відчуття, сприйняття, уявлення (форма, розмір, ціна відбивають об'єктивно чинний економічний закон вартості).Процесвиражається через перебіг, розвиток явища, послідовну зміну стану об'єкта (продуктивність праці).
З погляду кібернетики (від грец. – кермовий) об'єктами моделювання єсистеми– відносно відокремлені і впорядковані сукупності, що мають особливу зв'язковість і доцільно взаємодіючі частини, здатні реалізувати певні функції.
Стан системи, її складових частин і процеси, що відбуваються в ній, виражаєінформація.Маючи уявлення про систему на основі інформації можнакеруватисистемою в ході цілеспрямованого впливу з метою забезпечити її контрольовану поведінку при змінних умовах.
Математичне моделювання природних і суспільних процесів
Процес математичного моделювання включає п'ять стадій: формалізації, реалізації, обробку моделі, інтерпретацію результатів, перевірку. При формалізації складається географічна модель. При цьому встановлюється мета дослідження, визначаються властивості, що моделюються, спосіб ідентифікації та обмеження обсягу інформації та вимірювання його властивостей.Реалізація(побудова) моделі передбачає вираз системи аксіом обраною мовою.Обробка моделівключає експериментальну дію: аналіз, поділ на підмоделі, облік приватних властивостей, синтез.Інтерпретація результатіву тому, що отримані під час обробки моделі нові знання переносяться на оригінал.Перевірка моделіполягає в інтерпретації результатів, аналізі правильності перетворень, зіставленні отриманих результатів з реальними даними.Останнє положення стосується перевірки емпіричної моделі.
Математичне моделювання дозволяє кількісно виражати географічні закономірності у вигляді різних моделей, які дають змогу відповісти на питання, чому саме так розвивається система, що стане з нею за зміни обстановки. Модель дозволяє виявити недоліки емпіричних досліджень, їх слабкі сторони.
Складна математична модель зазвичай будується географом разом із математиком. Однак при цьому явище спрощують, залишаючи провідні фактори та причини, що виявляються з використанням статистичного, кореляційного, факторного та інших розглянутих видів аналізу. У процесі моделювання інтуїція та досвід фахівця відіграють визначальну роль.
Специфіка математичної моделі у географії полягає у моделюванні як окремих компонентів географічного середовища, так і комплексу елементів, що становлять ландшафт. Розглянемо приклад математичного моделювання з використанням простої моделі.
приклад. Відомо, що в результаті ураганів вітровалу схильні переважно деревні породи, що мають поверхневу кореневу систему (ялина), породи з м'якою деревиною (береза, осика, липа), а також розріджений лісовий масив. Це необхідно враховувати під час штучного відновлення лісу. Потрібно знайти загальну характеристику, якою можна було б будувати висновки про захисні властивості різних масивів лісу, т. е. визначити товщу лісу, необхідну захисту від ураганних вітрів. Деревну товщу (Т) виражаємо через показники густоти лісу (N) та товщини дерев (d): T=N+d.
Процес моделювання включає знаходження залежності між деревною товщею і відстанню від узлісся лісу (тобто епіцентру урагану)Lт,густиною лісу та товщиною дерев.
При дальності видимості в лісіLв захисний шар в 1 см від епіцентру урагану буде утворено на відстані, що дорівнює:
Для створення товщі лісу (Т) знадобиться відстань
Визначимо дальність видимості у лісі:
Підставляючи у формулу (2) значення ΔLз (11.1), а потімLв (3), маємо
З цієї формули обчислюємо відстаньLт, у якому утворюється товща Т для різнихNіd, т. е. будь-якого лісу. Наприклад, якщо ліс має товщу деревd=20 см, густотуN= 765 дерев на 1 га при захисній товщі Т = 25 см, то за формулою ( 4) обчислюємо відстань (Lт):
Аналогічно розраховуємо захисну товщу на певній відстані, підставляючи різні за величиною параметри формулу (4).