Метод моделирования

Вспомним, что такое модель. Ну, например, модель самолёта — это его уменьшенная копия. На самом деле важно не столько то, что копия уменьшена, сколько то, что она упрощена. Ведь вряд ли возможно изготовить уменьшенную в 100 раз модель того же самолёта с сохранением всех тонкостей и деталей его двигательной, гидравлической и электронной системы. Не говоря уже о том, что трудно себе представить, для каких целей это может понадобиться. К тому же нужно оговориться, существуют не только уменьшенные модели объекта, но и увеличенные. Так что дело не столько в масштабе, сколько в упрощении.

Заметим, что географические модели всегда представляют собой уменьшенные копии реальности. Всё-таки география имеет дело не с атомами или клетками, а с территориями.

Модель природного процесса — всегда упрощённая копия, ведь слишком много факторов определяют его ход. Поэтому при моделировании возможны определённые упрощения реальных условий, но они не должны затрагивать суть эксперимента. А ещё географическая модель должна основываться на изменении временно́го масштаба — все связи в ней и все процессы должны осуществляться быстрее, чем в природе. Можно сказать, что модели, используемые в географических экспериментах, обладают тремя важными для исследователя свойствами. Модели:

· уменьшают природные объекты, и это позволяет увидеть их и протекающие на них процессы целиком;

· упрощают реальный процесс, что позволяет обращать внимание только на главные особенности исследуемого объекта;

· могут замедлить быстро протекающие процессы или, наоборот, ускорить медленно протекающие — в том и другом случае это облегчает их изучение.

Виды моделей. Модели, применяемые в науке, далеко не всегда внешне напоминают моделируемый объект. Они могут быть представлены и в виде физических конструкций, и в качестве совокупности математических формул, блок-диаграмм и т.д.

В самом общем виде всё многообразие применяемых в научных исследованиях моделей можно свести к двум группам. Модели бывают физические (материальные) и математические (идеальные).

Физические модели представляют собой конструкции, причём довольно сложные, с помощью которых учёные пытаются воспроизвести географический объект и процесс в искусственных условиях. Примером может служить моделирование волн в искусственном бассейне. Подобные и более сложные модели помогают изучению механизма передачи энергии ветра волнам, образования и конфигурации морских течений, воспроизводства основных особенностей размещения материковых и океанических литосферных плит и т.д. Часто при создании крупных сооружений, связанных с воздействием на природу, например гидроэлектростанций, трубопроводов, портовых сооружений и т.д., сначала изготавливается их модель.

Математические модели гораздо эффективнее, хотя и не так наглядны, как физические. Они создаются с использованием математических расчётов, уравнений гидромеханики, термодинамики и др. Фактически математические модели представляют собой систему сложных расчётов, которые позволяют воспроизводить природные процессы. Причём учёт тех или иных факторов осуществляется с помощью введения в формулы дополнительных элементов или коэффициентов. Таким образом, можно относительно легко включать в модель одни компоненты и исключать другие.

Понятно, что сложные математические формулы не столь наглядны, как физические модели. Однако этот их недостаток удалось преодолеть. Со второй половины ХХ в. моделирование начинает бурно развиваться благодаря развитию цифровых технологий. Появились электронные, или компьютерные, модели, которые позволили визуализировать математические модели. В настоящее время создан целый набор стандартных прикладных программ, способных любой объект, описанный языком математики, превратить в красивое, наглядное и, что особенно важно, математически точное изображение. В случае, если мы имеем дело с моделированием природных процессов, идущих во времени, это изображение можно сделать анимированным, т.е. подвижным, демонстрирующим все стадии развития процесса.

Другая классификация делит модели на стационарные и нестационарные (динамические). Стационарные модели предполагают неизменность входных параметров. Это упрощает модель и облегчает работу с ней, хотя и ограничивает её возможности, что, впрочем, бывает вполне оправданно. Динамические модели предполагают изменчивость начальных условий в пространстве и во времени, из-за чего результаты моделирования могут быть различны и корректируются при расчётах.

Модели очень широко применяются в географических исследованиях. Особенно велико значение математических и связанных с ними компьютерных моделей. Примеров успешно действующих моделей достаточно много: давно просчитаны циркуляционные процессы в атмосфере и океане, развитие парникового эффекта, «ядерной ночи», «ядерной зимы», изменение уровня Мирового океана, реконструированы колебания климата и ледников Земли в плейстоцене, визуализирован процесс дрейфа материков и др. Всё это примеры глобальных моделей. Существуют и модели регионального масштаба.

Однако есть и другой уровень моделей. Причём, как правило, локальные модели гораздо сложнее организовать, просчитать и визуализировать. Знаете почему? Когда мы с вами чуть позже будем говорить о свойствах географических карт (а карта, кстати, это тоже модель земной поверхности), то мы поговорим о том, что чем крупнее масштаб изображения, тем оно должно быть подробнее и точнее. Здесь именно этот случай: локальный уровень модели определяет её большую точность и привязанность к конкретной территории, а это предполагает знание очень тонких взаимосвязей между параметрами.

Никто не стал бы заниматься таким сложным делом, как моделирование локальных ситуаций, если бы локальные модели не были так важны и интересны. В первую очередь это касается моделирования экологической ситуации. Как поведёт себя конкретный ландшафт при том или ином воздействии на него? Непростой вопрос, поскольку количество факторов, влияющих на результат, велико, а часто даже просто неизвестно.

Вообще стоит отметить, что моделирование — весьма сложный метод географических исследований. Многокомпонентность географической оболочки делает учёт всех действующих факторов модели затруднительным. Ещё больше сложностей добавляет то, что эти компоненты (атмосфера, океан, живые организмы, земная кора, ледники) развиваются по разным законам, с разными скоростями и т.д.

Но самая главная трудность в другом — в определении степени соответствия природы и модели. Насколько соответствует предложенная для исследования модель реальному положению дел в географической оболочке — ответить на этот вопрос чрезвычайно сложно.