Лекция 2-3_Системно-синергетический подход

1. Лекция 2 -3 СИСТЕМНО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ — МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА ЛАНДШАФТОВЕДЕ

ЛЕКЦИЯ 2 -3
СИСТЕМНО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ
КОНЦЕПЦИЯ —
МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА
ЛАНДШАФТОВЕДЕ

2. Литература

■
Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах. - Новосибирск:
наука. 1978. – С.29-37 с.
■
Солнцев В.Н. Системная организация ландшафта. – М.: Мысль,
1981. – С.40-48, 100-107.
■
Гришанков Г.Е. Проблема целостности в ландшафтоведении //
Научные записки Воронежского отделения Геогр. о-ва СССР. –
Воронеж, 1974. – С. 10-15.
■
Гришанков Г.Е. Зависимость свойств целостности от структуры
и организации ландшафта // Прикладные аспекты изучения
современных ландшафтов. – Воронеж: ВГУ, 1982. – С. 3-14.
■
Позаченюк Е.А. Экологическая экспертиза: природнохозяйственные системы.- Симферополь, Таврический
экологический институт. - 2003. – С. 15-39.
■
.

3. План лекции

1.
2.
3.
Смена парадигм в ландшафтоведении
Общенаучное представление о системах
Становление системной парадигмы в
географии
4. Понятие "геосистема"
5. Свойства целого, в том числе геосистем
6. Модели систем (геосистем)
7. Синергетический подход
8. Синергетические свойства геосистем
9. Системно-синергетические принципы
изучения ландшафта

4.

Методология – общие теоретикомировоззренческие взгляды,
господствовавшие в обществе в
определенный момент времени
об окружающем нас мире.

5. 1. Смена парадигм в ландшафтоведении

Понятие «парадигма»
Парадигмы ландшафтной науки:
1. Геокомпонентная (ландшафт — как комплекс взаимосвязанных
компонентов, основное понятие ПТК)
2. Геокомплексная (ландшафт — система комплексов. Основные
понятия: единицы морфологической структуры ландшафта и др.)
3. Экологическая (экология ландшафта)
4. Геоструктурная (ландшафт некая структура, состоящая из
отдельных блоков. Основные понятия ПХС, ПТС, ТХТС, средаобщество, человек-природа,
5. Геосистемная (ландшафт — как геосистема со своими
целостными свойствами)
6. Синергетическая (ландшафт — как открытая, нелинейная,
саморазвивающаяся система)
7. Ноосферная

6. 2. Общенаучное представление о системах

■
Понятие "система".
■
Первыми концепциями общей теории систем были :
«Общая феноменология» Петровича (1922);
«Тектология» (учения о организации) Богданова (1925);
■
Широкое распространение теории систем положено
Н.Винером, П.Берталанфи, Эшби, Чорли;
■
Общая теория систем была сформирована Людвигом фон
Бертоланфи в лекциях, прочитанных им в Чикагском
университете (1937 – 1938 г.).
■
По Бертоланфи «система — это комплекс взаимосвязанных
компонентов, образующих целостность». В настоящее время
существует около 40 определений понятия «система»
■
С 60-х, 70-х годов одним из самых распространенных
терминов в науке стали понятия «система», «системный
подход», «системный анализ».

7.

■ Главное в теории систем представления о
целостности. Системы выделяются своими
целостными свойствами. Представления о
целостности известно еще с античности
(представления Эмпидокла, Гегеля).
■ «Целое не равно сумме своих частей». Целостные
свойства — это те свойства системы, которые не
присущи отдельно взятой ее части, но присущи
свей системе.
Целое может быть больше,
меньше или равно сумме своих частей. Пример
Богданова.
■ Различие между системным подходом и
системным анализом.

8. 3. Становление системной парадигмы в географии

■ Идеи В.В.Докучаева в своей основе были системными.
«Наши степи прежде и теперь» (1892).
■ Первые работы в ландшафтоведении на базе общей
теории систем появились в средине ХХ в. В.Б.Сочава,
В.Н.Солцев, В.С.Преображенский, НееФ, Чорли, Кеннеди,
Хорвей, Демек.
■ Системные исследования в географии проводили:
–
Институт Географии Сибири и Дальнего Востока (В.Б.Сочава,
А.А.Крауклис. Иркутский стационар. Метод комплексной
ординации на полигонах трансектах),
– Институт Географии АН СССР (В.С.Преображенский,
А.Ю.Ретеюм, А.Д.Арманд. Курский стационар. Метод
балансов),
– МГУ (В.Н.Николаев, В.Н. Солнцев, Ю.Г.Саушкин, А.М.Смирнов)
– Тбилисский университет Н.Л.Беручашвилли (Марткопский
стационар).

9. 4. Понятие "геосистема".

4. Понятие "геосистема".
■ Термин предложен В.Б.Сочавой (1963).
Геосистема — целое, состоящее из
взаимосвязанных компонентов природы,
подчиняющееся закономерностям,
действующим в географической оболочке.
■ В настоящее время термин геосистема является
родовым.
■ Для сравнения ПТК — пространственно
ограниченный набор компонентов,
объединенных относительно тесным
взаимодействием (Арманд, 1975).

10. 5. Свойства целого, в том числе геосистем

■
Целое выделяется своими свойствами:
– Целостность
– Структура
– Полиструктурность
– Иерархичность
– Гетерохронность
– Организация
– Связь (внутренние и внешние, прямые и
обратные, обратные положительные и
обратные отрицательные, непосредственные и
опосредованные, вещественные,
энергетические, информационные)
– Устойчивость
– Обособленность от среды

11. ЯЗЫК МОДЕЛЕЙ

A
+
В
С
+
+
D
БА
Положительная связь

12. ЯЗЫК МОДЕЛЕЙ

A
+
В
С
+
-
D
БА
Отрицательная связь

13. 6. Модели систем (геосистем)

■ Системы в зависимости от типов связи бываю
закрытые, открытые и полузакрытые
■ Геосистемы — открытые системы
■ Блоковые модели – это графические модели, в
которых представления об окружающей среде
представляется в виде отдельных блоков
■ Блоковые модели выделяют:
– Моносистемные – отражают взаимосвязь компонентов
системы
– Полисистемные – отражают взаимосвязь подсистем в пределах
системы

14.

15. Моносистемная модель

1
2
3
4
5
6

16. Полисистемная модель

1
2
3
4
5
6
а
б
в

17. 7.Сущность синергетического подхода

■ Термин “синергетика” (от греческого " synergia") совместное
или кооперативное действие ввел Г.Хакен (Штутгарский
университет)
■ Впервые его предложил во второй половине ХIХв. английский
физиолог В.С. Шеррингтон. Акцентируется внимание на
согласованности взаимодействия частей при образовании
структуры как целого.
■ Становление cинергетики как науки произошло благодаря
работам Г.Хакена (1980,1985), И.Пригожина (1982, 1986),
С.П.Курдюмова (1983, 1992), В.Эбелинга (1079), И.Стенгера
(1990), А.М.Жаботинского (1974) и др.
■ Синергетика базируется на таких понятиях как синергизм,
нелинейность, когерентность, открытость, энтропия, хаос,
вероятностных процессах, устойчивость и неустойчивость,
бифуркация, диссипация, организация и самоорганизация,
флюктуация и др.

18.

Синергетика - это теория
самоорганизации сложных
нелинейных неравновесных
диссипативных открытых
систем.

19. 8. Синергетические свойства геосистем

■ Свойство самоорганизации.
Наиболее известный с начала века
эксперимент получил название эффекта
Бенера - самоструктурирования в виде
ячеек минерального масла при его
нагревании.

20.

21.

Ландшафтным система свойственны
свойства организации и самоорганизации
Горизонтальная кривизна Kh (слева) и вертикальная кривизна Kv (справа).
Светлый цвет – области выноса; темный – области аккумуляции

22.

Удельная площадь водосбора (слева) и дисперсивная площадь (справа).
Темные пятна на правой карте – моренные холмы и гряды

23. Дифференциация ПТК по морфометрическим параметрам распределения гидрологического стока и заболачивания

Центральные выпуклые части болотных массивов
Болотные массивы (верховые, переходные, низинные),
долины речек
Плоские заболоченные вершины холмов, периферийные участки болот
Краевые части болот
Заболоченные нижние части
склонов моренных холмов и
гряд
Пологие слабо дренируемые
склоны моренных холмов и
гряд
Покатые дренируемые склоны моренных холмов и гряд
Покатые хорошо дренируемые склоны моренных холмов и гряд
Хорошо дренируемые склоны моренных холмов и гряд
Наиболее крутые (до 6о ) хорошо дренируемые склоны
моренных холмов и гряд

24. Дифференциация ПТК по морфометрическим параметрам ландшафтно-геохимических механизмов переноса

Автономные элювиальные
Элювиальные
Трансэлювиальные плоских и
выпуклых склонов
Трансэлювиальные вогнутых
склонов
Трансэлювиальноаккумулятивные
Трансаккумулятивные
Супераквальные
трансаккумулятивные
Супераквальные
аккумулятивные

25. Свойство нелинейности

■ Особенность синергетической парадигмы состоит в
нелинейности мышления. Нелинейные системы
обнаружены в гидродинамике, физике лазеров,
химической кинетики, астрофизике и физике плазмы, в
геофизике, географии и экологии.
■ Нелинейность в математическом смысле означает вид
уравнений, содержащих искомые величины в степенях
больше единицы, или коэффициенты, зависящие от
свойств среды. Нелинейные уравнения могут иметь
несколько качественно различных решений.
■ Нелинейность проявляется многовариантностью
событий (точка бифуркации, их неопределенностью,
наличием свойства размытости систем.

26. Бифуркация геосистем

■
■
■

27. Свойство фрактальности

■ В классической науке не так давно разработана теория
фракталов.
■ Классическим примером является гипотетический остров
Коха.

28. Остров Коха

■ Длина побережья этого острова бесконечна.
Острова Коха имеет ограниченную площадь и
бесконечный периметр.

29. Географические системы отличаются свойством фрактальности. Организация речной сети

30. Организация эолового рельефа

31. Аттрактор геосистем (от анг. to attract - притягивать).

■ Под аттрактором понимается
изображение относительно устойчивых
состояний системы в фазовом
пространстве.
■ Если фазовая точка, символизирующая
состояние системы, вошла в область
аттрактора, она уже не покинет его
никогда.

32. 9. Системно-синергетические принципы изучения ландшафтов

■ Принцип системности нацеливает на рассмотрение
ландшафта как целостной системы. Главное
установить его целостные свойства.
■ Принцип уникальности требует обязательного учета
особенностей конкретного ландшафта.
■ Принцип кумулятивности состоит в том, что результат
одновременного или разновременного воздействия
нескольких факторов на геосистему неравнозначен
сумме результатов, вызываемых теми же факторами,
если они действуют по отдельности. Этот принцип уже
используется в экологических исследованиях при
изучении загрязняющих веществ (эффект суммации).

33.

■ Принцип синергизма проявляется в том, что совместное
действие элементов системы приводит к возникновению
качественно иных свойств и структур.
■ Принцип ограничения - необходимое условие существования
и развития геосистем. В естественных геосистемах этот
принцип проявляется как принцип самоограничения, который
реализуется в результате взаимодействия подсистем и гибели
или угнетения неконкурентоспособных их вариантов. В
антропогенных - необходимо устанавливать параметры их
использования, нормативно-законодательные ограничения.
■ Принцип сохранения (стабилизации) - вытекает из того, что
отрицательная обратная связь определяет возможность
возврата геосистемы в свое исходное положение. Недоучет
действия отрицательной обратной связи приводит к ошибкам.
Например, выводы, полученные на основе линейной
зависимости увеличения температуры атмосферы в связи с
увеличением концентрации углекислого газа в ней, являются,
скорее всего, неточными.

34.

■ Принцип неустойчивости обусловлен наличием в геосистеме
положительной обратной связи, которая определяет ее
нестабильность. Роль положительной обратной связи двойственна. С
одной стороны, она ведет к деструктивным процессам, упрощению
геосистемы и ее возможной гибели, но с другой - содержит элемент
развития.
■ Принцип нелинейности развития. Учет принципа нелинейности при
экологической экспертизе – многогранный процесс: это не только
господство нелинейных процессов, но и наличие блока
неопределенности в функционировании геосистем, прогноз ее
развития и возможных точкек бифуркации др.
■ Принцип ведущего процесса. В геосистеме чаще всего имеется
процесс, который как бы "подчиняет" себе все остальные. В
соответствие с этим принципом ведущий процесс может быть
положен в основу изучения ландшафта. Интенсивность ведущего
процесса в системе должна быть периодичной, иначе система
развивается по ускоренному режиму, что ведет к ее
переформированию и возможной гибели.

35.

■ Принцип самоорганизованной критичности состоит в
том, что геосистемы при изменении внешней среды,
ведущей к деградации, способны сохранять свое
состояние при дальнейшей тенденции изменения среды,
т.е. деградация геосистем происходит не континуально, а
через некие устойчивые стадии, которые могут
сохраняться достаточно долго и отграничиваются друг от
друга порогами критического состояния. Для физических
систем этот принцип разработан П.Баком и К.Ченом
(1991).
■ Принцип согласованности. Природные геосистемы
развиваются по законам самоорганизации, и им нельзя
навязывать искусственные пути, несогласованные с их
внутренним развитием.

36.

■ Принцип малых воздействий. Реакция геосистемы на
внешнее воздействие не всегда адекватна
(пропорциональна) силе воздействия. Оказывается, что
главное это не сила, а правильная топологическая
конфигурация, архитектура воздействия на сложную
систему. Малые, но правильно организованные,
резонансные воздействия на систему чрезвычайно
эффективны (даосизм Лао-дзы: слабое побеждает
сильное, мягкое побеждает твердое, тихое побеждает
громкое и др. Ошибки в природопользовании часто
связаны с привычкой линейного мышления далеко
экстраполировать выводы экспериментов,
произведенных в малых пространственно-временных
масштабах.

37. Благодарю за внимание!