Нелинейный мир экологических моделей. Павел Фролов. 12.03.2021

Как говорил Александр Сергеевич Комаров, одна из важнейших целей моделирования в экологии — выявить механизмы процессов, происходящих в очень тонкой “пленке” биосферы, месте обитания человека и всех остальных организмов. В ходе семинара мы постараемся разобраться, какие процессы моделируют экологи и что им для этого нужно? А также: как и почему в "Институте почвоведения" начали моделировать лесные экосистемы? Чем занимается лаборатория моделирования экосистем сейчас, и как развиваются основные модели (ROMUL, EFIMOD, SCLISS, CAMPUS)? Почему недостаточно детально изучить механизмы роста отдельного растения для прогноза динамики ценопуляции? Можно ли моделировать популяции растений травяно-кустарничкового яруса так же, как и древесного? Какую роль играет пространственная неоднородность в поддержании устойчивости экосистем? 00:00:33 Биологическая система VS небиологической система (физическая, например): первая - порождает себе подобных, состоит из множества непохожих частей взаимодействующих нелинейно, а также нелинейно реагирует на внешнее воздействие, она всегда открыта. 00:05:30 Шесть этапов моделирования: 1. Создание вербальной модели - спроси себя, что ты хочешь изучить с помощью этой модели. 2. Создание самой модели - скорость её выполнения? на сколько узко\широко? берём готовые модули для моделирования или создаём их сами? 3. Правдоподобность модели - отрицательная биомасса? отрицательное количество видов растений? бесконечная массы углерода и азота в почве? и др. 4. Калибрация - подбор параметров глобально или специфично для конкретного объекта подбираются параметры. 5. Анализ чувствительности и определение границ применимости модели. 6. Валидация - как модель согласуется с экспериментальными данными. Часто результаты 5 и 6 этапа возвращает нас на начало работы. 00:21:38 ROMUL - модель превращения органики почвы - изначально была создана для моделирования почв вне леса, сейчас работает и в лесу. Широта работоспособности - от тундры через широколиственные леса к тропикам. 00:30:25 EFIMOD - модель древесного яруса - индивидуально ориентированная модель древостоя (совокупность взаимодействующих отдельных деревьев). Горизонтальный прирост деревьев учитывает влажность почвы, обеспеченность почвенным азотом, температуру воздуха, содержание углекислого газа в воздухе. Модель учитывает распределение биомассы дерева по его частям (ствол, листья, корни). EFIMOD моделирует воздействия пожаров, вырубок, и насекомых-вредителей, учитывает конкуренцию между деревьями. Дружит с ROMUL (использует его модули). 00:40:37 SCLISS - модель-генератор почвенного климата - за основу берёт метеорологические данные, учитывает разницу параметров подстилки и минеральной почвы лесной почвы. 00:43:37 CAMPUS - модель популяционной динамики и динамики углерода и азота почвы травяно-кустарничкового яруса. Этот ярус вегетативно размножается и тем самым динамичен в пространственной структуре. CAMPUS-S выделяет 10 стадий онтогенеза растения, как и EFIMOD использует экофизиологический подход (больше света, воды и питательных веществ - больше биомасса и т.д.) 00:57:10 Моделирование популяции, например, брусники или черники на площади в 1 гектар на 100 лет вперёд может занять порядка нескольких часов (конечно, всё зависит от мощности вашего компьютера). Дружит с EFIMOD (использует его модули). 01:36:10 В модели изменения климата в южном Подмосковье брусника переживает чернику. В случае вырубки леса биомасса брусники быстрее восстановиться чем черника, но обе наберут биомассы больше чем без изменений. 02:00:50 Сейчас делаются попытки объединить все модели в одну большую единую систему и стало понятнее куда двигаться дальше.