МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
ДЛЯ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Экология и охрана окружающей среды на современном этапе
общественного развития относятся к важнейшим
социально-экономическим и геополитическим факторам. Формирование
в нашем институте фундаментального направления этого профиля
началось в 1974 году. Импульсом к его возникновению была научная
сессия Отделения океанологии, физики атмосферы и географии АН
СССР, которая состоялась в ВЦ 4-5-апреля 1974 г. Она была
посвящена обсуждению проблемы изменения климата под влиянием
деятельности человека. В соответствии с решением сессии
в ВЦ СО АН были начаты работы по проекту «Оценка влияния деятельности
человека на метеорологические условия и разработка научных основ
регионального и глобального прогнозов климата». Основные задачи
этого проекта не потеряли актуальности и до настоящего времени.
 |
|
В 1975 г. в Вычислительном центре была создана научная
лаборатория гидродинамических проблем окружающей среды. История
лаборатории тесно связана с участием в проведении экологических
экспертиз крупных хозяйственных проектов, последствия реализации
которых сопряжены с воздействиями на окружающую среду.
Еще во времена СССР с помощью моделей были решены задачи по
прогнозу и оценкам масштабов возможных последствий антропогенных
воздействий при строительстве экологически опасных объектов для
городов и промышленных регионов Москвы, Новосибирска, Томска,
Софии, Улан-Удэ, Удокана, Астрахани, Алма-Аты. Для КАТЭКа и
других объектов горнодобывающих отраслей промышленности
рассчитывались возможности проветривания карьеров и разрезов,
оценивались области загрязнения окружающих территорий.
Одним из первых серьезных междисциплинарных проектов лаборатории
была работа 1987 года по оценке уровня антропогенного воздействия
различных источников загрязнения на озеро Байкал. Впервые была
разработана и реализована концепция численного моделирования
природных объектов климатообразующего характера в условиях
антропогенных воздействий. Озеро рассматривалось как часть
глобальной климатической системы. Концепция включала
моделирование глобальных и региональных метеорологических
процессов, процессов переноса и трансформации загрязняющих
примесей в атмосфере, а также моделирование общей циркуляции
озера и локальных зон. Оценивалось и влияние загрязнений от
различных источников на изменение качества воды. По результатам
сценариев моделирования с использованием всей доступной
фактической информации были выявлены зоны повышенной
антропогенной нагрузки в озере и рассчитаны карты-схемы
распространения загрязнений от крупных индустриальных центров,
расположенных в регионе. Были выделены также области опасности
получения загрязнений озером от источников, расположенных в
Северном полушарии.
Авария на Чернобыльской АЭС положила начало комплексу работ по
оценкам последствий техногенных и экологических катастроф.
Общепринятое понятие техногенных или природных катастроф обычно
ассоциируется с ярко выраженными событиями, происходящими в
относительно короткие промежутки времени и с более или менее
точной локализацией в пространстве. В отличие от этого понятие
экологической катастрофы весьма условно. Биосферные процессы
реализуются в широкой пространственно-временной гамме. Критерии
классификации их изменений до уровня катастроф весьма расплывчаты
и часто не имеют количественного выражения. Поскольку биосферные
и экологические процессы необратимы во времени, на первое место
выходит задача о выявлении предпосылок — геофизических,
химических, климатических и т.д., — приводящих к развитию
экологически неблагоприятных ситуаций.
Все эти сложные и животрепещущие проблемы, находящиеся на стыке
многих наук, с точки зрения математики представляют собой новую
сферу применения численного моделирования, теории управления,
наблюдаемости, оптимизации, чувствительности и т.д. Одно из
преимуществ математического подхода состоит в замене
дорогостоящих натурных экспериментов вычислительными. Если
отнести к натурным экспериментам катастрофы и аварии, становится
понятным, насколько важным является усовершенствование моделей и
методов их реализации.
Сценарный подход, развиваемый для целей долгосрочного
экологического прогнозирования, оказался чрезвычайно актуальным в
связи с военными конфликтами последних лет. В разное время нами
были рассчитаны сценарии возможных загрязнений природной среды от
разрушения экологически опасных объектов в результате акций НАТО
в Сербии, Афганистане и Ираке, причем в последнем случае мы
делали сценарные расчеты в упреждающем порядке. Результаты
показали, что в случае начала иракской войны в декабре, как это
первоначально планировалось, основная масса загрязнений была бы
унесена воздушными потоками в страны Леванта и далее через
Средиземное море в Западную Европу. В реальном «мартовском»
сценарии шлейф грязи удалился в Иран и Среднюю Азию. По всей
видимости, экологический фактор был учтен в военном планировании.
Один вывод следует обозначить четко: не бывает ограниченных
последствий даже от так называемых «точечных» локальных
воздействий.
Особо хочется отметить междисциплинарный проект СО РАН
«Экологические проблемы городов Сибири», целью которого является
проведение комплексных научных исследований, выясняющих,
как города изменяют гидротермодинамические свойства и состав
атмосферы и каким образом эти изменения могут влиять на качество
природной среды, здоровье населения и качество жизни. В
частности, проанализирован проект строительства
мусоросжигательного завода в Новосибирске. Если он будет возведен
на том месте, где сегодня планируется, «хвост» выбросов неизбежно
накроет жилую зону Академгородка, район экологически чистый.
В наших недавних исследованиях обнаружен факт существования в
глобальной климатической системе зон повышенной экологической
уязвимости. Этот результат получен на основе анализа численных
экспериментов по моделям с использованием глобальных атмосферных
данных за последние 53 года. Прослеживаются связи этих зон с
энергетически активными центрами действия климатической системы,
что указывает на необходимость решения региональных и локальных
проблем во взаимосвязи с глобальными процессами. Поэтому основной
задачей лаборатории на ближайшую перспективу является продолжение
исследований по долгосрочному экологическому прогнозированию и
проектированию, проблемам управления экологическими рисками и
поиску путей смягчения последствий антропогенных воздействий на
природную среду.
В. Пененко, профессор
стр. 9
|
