CC BY
57
НОВЫЕ КНИГИ
ТЕХНОЛОГИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПАСНЫХ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Бондур В.Г., Крапивин В.Ф., Савиных В.П. Мониторинг и прогнозирование природных катастроф. — М.: Научный мир, 2009. — 692 с. — Тираж 500 экз.
С развитием современной цивилизации всё актуальнее становится проблема выявления, прогнозирования и предупреждения опасных природных явлений, приводящих к гибели людей, причиняющих человеку большой экономический ущерб, в том числе масштабности ожидаемых изменений климата и среды обитания человека. Для решения этой проблемы требуется создание и применение современных методов, технологий и средств мониторинга. В рецензируемой монографии изложены проблемы мониторинга и прогнозирования природных катастроф во всем их многообразии и масштабности, при этом особое внимание уделяется методам экоинформатики и дистанционного зондирования.
В монографии показано, что для развития эффективных методов выявления и предупреждения природных катастроф требуется решение таких проблем, как адаптация методов экоинформатики применительно к диагностике и прогнозированию природных катастроф; формирование статистических характеристик этих катастроф с выделением категорий и определением пространственных и временных масштабов; синтез моделей "живучести" экосистем с целью их использования для оценки влияния природных катастроф на среду обитания человека; изучение закономерностей взаимодействия различных элементов и процессов в глобальной системе природа—общество (СПО) с учетом биосложности; исследование взаимосвязи между живучестью, биосложностью и эволюцией СПО с привлечением технологии глобального моделирования; рассмотрение демографических предпосылок возникновения природных катастроф; оценка информативности существующих методов и средств сбора и обработки информации и имеющихся глобальных баз данных, а также определение их роли и места в решении задач оценки условий возникновения природных катастроф. Обоснована актуальность поставленных проблем и показана необходимость использовать при их решении методов системного анализа для синтеза глобальной модели СПО с привлечением современных методов и средств мониторинга (прежде всего аэрокосмических).
В книге кратко охарактеризованы природные катастрофы, рассмотрены статистические характеристики природных катастроф в их историческом аспекте с выделением категорий и определением пространственных и временных масштабов катастрофических изменений среды обитания живых существ. При этом
особое внимание уделено природным катастрофам, приносящим наибольший ущерб СПО (землетрясения, ураганы и тропические циклоны, штормы, торнадо, наводнения, цунами, извержения вулканов, сели, лавины, оползни, обвалы, жара, засуха, природные пожары и др.). Показано, что за последнее десятилетие число и масштабность природных катастроф возросли примерно в 5 раз, а их опасность — в 9 раз. При этом в развивающихся странах зависимость потерь от природных катастроф существенно выше, чем в экономически развитых регионах. Анализ исторического ка-тастрофизма проводится для понимания современных зависимостей между кризисами в природе и обществе. Исследована роль антропогенных факторов в динамике природных катастроф, оценены их масштабность и последствия, а также пространственно-временные характеристики. Сформулированы базовые положения математической теории катастроф и определены приоритетные направления исследований.
Описаны оценки риска от природных катастроф, критерии оценки опасности природных катастроф, методы математического моделирования выживаемости экологических систем и уровни изменчивости среды обитания живых систем. Изложена концепция и построена модель живучести экологических систем, которая используется для оценки влияния природных катастроф на среду обитания человека с учетом случайных факторов. Взаимодействие природы и общества параметризовано в терминах математической теории игр. С учетом условности разделения природы и общества введены понятия их цели и стратегии поведения. В зависимости от соотношения этих категорий изучены различные варианты модели живучести биосферы и определены критические характеристики для выживания человека как элемента СПО. Рассмотрены показатели эффективности управления риском от природных катастроф. Проанализированы социальное и человеческое измерение риска, а также способы принятия решений при оценке риска.
Охарактеризованы воздействия на динамику природных катастроф. Рассмотрена взаимосвязь между живучестью, биосложностью и эволюцией СПО с привлечением технологии имитационного моделирования. Описаны наблюдаемые закономерности и тенденции в развитии отношений между окружающей средой и человеком, приводящие к возникновению стрессовых ситуаций и инициируемые хозяйственной или политической деятельностью людей. Показана
роль антропогенной составляющей в возникновении стрессовых состояний в окружающей среде. Описаны демографические предпосылки возникновения природных катастроф и механизмы регуляции природной среды, препятствующие реализации этих предпосылок. В качестве основной причины, дестабилизирующей динамику СПО, выдвинуто явление глобализации антропогенных процессов, связанное с ускоряющимся развитием мегаполисов и других кризисно насыщенных образований. Экологическое состояние таких территорий оценивается с применением индексов заселенности и экономической развитости. Изучены также техногенные источники природных катастроф, а также стратегические аспекты предотвращения природных катастроф. Выявлены противоречия между уровнем жизни и частотой этих катастроф. Показано, что уровень экономического развития и социальная инфраструктура регионов являются показателями эффективности управления риском от природных катастроф.
Биосложности как индикатору фазового перехода в окружающей среде посвящена специальная глава, где рассмотрены проблемы взаимодействия различных элементов и процессов в глобальной системе Природа — Общество во взаимосвязи с таким емким понятием, как биосложность. Биосложность оценивается по шкале, характеризующей структурную и функциональную сложность прямых и обратных связей в системе. Показано, что биосложность — возможный индикатор приближения природной катастрофы. Рассмотрены подходы к моделированию индикатора биосложности. На примере тропических ураганов проанализирована изменчивость биосложности с приближением фазового перехода. Исследована также биосложность применительно к водным и наземным экосистемам, а также влияние атмосферы на биосложность экосистем биосферы с учетом различных загрязнений. Описаны подходы к использованию данных аэрокосмического мониторинга для оценки биосложности. Эффективность этих подходов иллюстрирована примерами определения биометрических характеристик лесных экосистем и определением доли поглощенной биоактивной радиации.
В главе "Мониторинг и выявление признаков возникновения природных катастроф" рассмотрены современные информационные средства и системы мониторинга для обеспечения исходными данными при изучении состояния природной среды. При решении проблемы мониторинга природных катастроф последние рассматриваются как динамические категории явлений окружающей среды. Описано методическое и информационное обеспечение систем мониторинга природных катастроф и способы принятия решений в этих системах. Особое внимание уделено современным космическим средствам мониторинга; роли и месту пилотируемых космических кораблей и орбитальных станций при мониторинге природных катастроф. Даны схема организации наблюдений в условиях применения последовательного анализа
данных, технологии поиска аномалий в окружающей среде, а также оценки возможностей систем мониторинга для классификации природных катастроф. Приведены примеры использования предложенных технологий для мониторинга сейсмо- и вулканоопас-ных территорий, зон тропического циклогенеза, мониторинга антропогенных воздействий на акватории морей и океанов, а также изменений береговых линий и динамики ландшафтов, оперативной диагностики природных пожаров и др. Кратко проанализированы глобальные базы данных и указано их место в решении задач оценки условий возникновения стрессовых ситуаций в окружающей среде. Рассмотрена проблема синтеза информационно-поисковых систем мониторинга, обладающих функциями обнаружения и предупреждения аномалий в природных системах и имеющих экспертный уровень реализации.
В разделе о предпосылках прогнозирования природных катастроф охарактеризованы методы, алгоритмы, модели и другие элементы информационных технологий для их прогнозирования. С этой целью произведена формализация природной катастрофы как элемента фазового перехода окружающей среды. Создана глобальная пространственно-неоднородная модель функционирования системы Природа — Общество, которая интегрирует накопленные данные, информацию и знания об окружающей среде и обеспечивает компьютерный инструментарий для прогнозной оценки моментов возникновения и тенденций развития стрессовых состояний в различных ее сечениях. Особое внимание уделено использованию предложенных подходов для анализа развития и распространения катастрофических волновых процессов в глобальных биогеохимических круговоротах парниковых газов и водном балансе биосферы.
Проанализирована связь природных катастроф и глобального водного баланса с учетом взаимосвязи глобальных круговоротов воды и углекислого газа. Оценена роль наземных экосистем и экосистем Мирового океана в предотвращении природных катастроф, а также соотношения между изменениями глобального климата и природными катастрофами. Описана эволюционная технология предсказания стрессовых состояний в окружающей среде, а также прогнозируемые риски глобальных изменений и возможные природные катастрофы в будущем.
Применение предложенных методов для прогнозирования природной катастрофы показано на примере Аральского моря, продемонстрированы возможности применения предложенных методов экоинформати-ки и технологий геоинформационных мониторинговых систем (ГИМС) для анализа состояния и прогнозирования одной из природных катастроф в зоне влияния Аральского и Каспийского морей. Приведено описание алгоритмического обеспечения системы мониторинга зоны Аральского моря, основанного на восстановлении динамических параметров методом дифференциальной аппроксимации, а также на при-
менении метода гармонических функций для восстановления данных микроволновой радиометрии в замкнутой области. С использованием предложенных методов, технологий и алгоритмов выполнены математическое моделирование и имитационные эксперименты для прогнозирования водного баланса котловины Аральского моря, что позволило рассмотреть сценарий направленности изменений составляющих водного баланса, оценить его динамику при сохранении природно-антропогенной обстановки в регионе. Дан вариант стратегии — сценария, реализация которого может предотвратить развитие этой катастрофы.
Завершает монографию глава "Природные катастрофы как компонент глобальной экодинамики", где анализируется соотношение между некоторыми типами природных катастроф и компонентами глобальной экодинамики. Рассмотрена эволюция биосферы с учетом природных катастроф, исследованы процессы формирования глобальных изменений в биосфере и климатической системе. В качестве примера оценена роль лесных пожаров и молниевых разрядов как компонентов экодинамики в изменении состава атмосферы. Рассмотрено множество гипотетических сценариев возможных воздействий на окружающую среду (загрязнение арктических морей и его последствия, состояние глобальных водных ресурсов, энергетическое обеспечение цивилизации и др.), приводящих к резкому изменению направленности глобальной экодинамики. Приведены оценки реализации некоторых сценариев.
В целом монография развивает подходы к изучению динамики глобальной системы Природа — Об-
щество, особое внимание обращено на задачи оценки, обнаружения, прогнозирования и предотвращения как естественных, так и антропогенно инициированных природных катастроф. Основной смысл предлагаемых подходов состоит в совместном использовании технологий математического моделирования и глобального мониторинга (прежде всего аэрокосмических) при интеграции в созданную систему знаний из различных наук, так или иначе определяющих функционирование системы Природа — Общество.
Монография хорошо иллюстрирована, в том числе присутствуют цветные вклейки, значительно упрощающие восприятие сложного материала. Она имеет очень подробный, обширный и полезный список литературы из 834 наименований, отражающий ссылки на работы как отечественных, так и зарубежных исследователей.
Книга, несомненно, привлечет внимание специалистов в области географии, мониторинга окружающей среды, исследования взаимоотношений общества и природы, изучения изменений климата, устойчивого развития, геоинформатики, геополитики, международных отношений и методологии междисциплинарных исследований. Монография будет полезна также аспирантам и студентам, обучающимся по этим направлениям. Особый интерес она может представлять для разработчиков и пользователей информационных технологий мониторинга в сфере охраны населения от катастрофических природных процессов и явлений.
Н.С. Касимов, В.С. Тикунов
