Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників
На основі системного підходу розглянуто проблему функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації сумісного впливу природних і антропогенних чинників. Показано, що в цих умовах сучасні технології управління не завжди забезпечують належний рівень оцінювання екологічного стану...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2019
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162657 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників / М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 11. — С. 100-110. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-162657 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1626572020-01-14T01:26:00Z Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників Попов, М.О. Альохіна, О.В. Русин, Б.П. Кошовий, В.В. Івантишин, О.Л. Екологія На основі системного підходу розглянуто проблему функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації сумісного впливу природних і антропогенних чинників. Показано, що в цих умовах сучасні технології управління не завжди забезпечують належний рівень оцінювання екологічного стану і релевантного реагування на його негативні зміни. Запропоновано підхід до побудови систем оцінювання екологічного стану територій цього класу і розглянуто його інформаційні та методологічні аспекти. Як приклад застосування пропонованого підходу наведена ГІС-орієнтована інформаційно-аналітична система, призначена для реалізації адаптивного управління станом природного середовища біорезервату ЮНЕСКО “Шацький”. The problem of the functioning of ecosystems of protected areas under conditions of the activity of natural and anthropogenic factors has presented with the use of the system approach. It is shown that, under these conditions, modern management technologies do not always provide an adequate level of environmental assessment and relevant response to its negative changes. The approach to the construction of systems of assessment of the ecological status of territories of this class is proposed, and its informational and methodological aspects are considered. An example of application of the proposed approach is the GIS-oriented information — analytical system designed for the implementation of adaptive management of the state of the natural environment of the Biosphere Reserve UNESCO “Shatskyi”. На основе системного подхода рассмотрена проблема функционирования экосистем природоохранных территорий в условиях активизации совместного влияния природных и антропогенных факторов. Показано, что в этих условиях современные технологии управления не всегда обеспечивают должный уровень оценки экологического состояния и релевантного реагирования на его негативные изменения. Предложен подход к построению систем оценивания экологического состояния территорий этого класса и рассмотрены его информационные и методологические аспекты. В качестве примера применения предлагаемого подхода приведена ГИС-ориентированная информационно-аналитическая система, предназначенная для реализации адаптивного управления состоянием природной среды биорезервата ЮНЕСКО “Шацкий”. 2019 Article Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників / М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 11. — С. 100-110. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.11.100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162657 504.062:504.064 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Екологія Екологія |
| spellingShingle |
Екологія Екологія Попов, М.О. Альохіна, О.В. Русин, Б.П. Кошовий, В.В. Івантишин, О.Л. Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників Доповіді НАН України |
| description |
На основі системного підходу розглянуто проблему функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації сумісного впливу природних і антропогенних чинників. Показано, що в цих умовах сучасні технології управління не завжди забезпечують належний рівень оцінювання екологічного стану і релевантного реагування на його негативні зміни. Запропоновано підхід до побудови систем оцінювання екологічного стану територій цього класу і розглянуто його інформаційні та методологічні аспекти. Як приклад застосування пропонованого підходу наведена ГІС-орієнтована інформаційно-аналітична система, призначена для реалізації адаптивного управління станом природного середовища біорезервату ЮНЕСКО “Шацький”. |
| format |
Article |
| author |
Попов, М.О. Альохіна, О.В. Русин, Б.П. Кошовий, В.В. Івантишин, О.Л. |
| author_facet |
Попов, М.О. Альохіна, О.В. Русин, Б.П. Кошовий, В.В. Івантишин, О.Л. |
| author_sort |
Попов, М.О. |
| title |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| title_short |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| title_full |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| title_fullStr |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| title_full_unstemmed |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| title_sort |
системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2019 |
| topic_facet |
Екологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162657 |
| citation_txt |
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу природно-антропогенних чинників / М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 11. — С. 100-110. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT popovmo sistemnijanalízfunkcíonuvannâekosistemprirodoohoronnihteritoríjvumovahaktivízacíívplivuprirodnoantropogennihčinnikív AT alʹohínaov sistemnijanalízfunkcíonuvannâekosistemprirodoohoronnihteritoríjvumovahaktivízacíívplivuprirodnoantropogennihčinnikív AT rusinbp sistemnijanalízfunkcíonuvannâekosistemprirodoohoronnihteritoríjvumovahaktivízacíívplivuprirodnoantropogennihčinnikív AT košovijvv sistemnijanalízfunkcíonuvannâekosistemprirodoohoronnihteritoríjvumovahaktivízacíívplivuprirodnoantropogennihčinnikív AT ívantišinol sistemnijanalízfunkcíonuvannâekosistemprirodoohoronnihteritoríjvumovahaktivízacíívplivuprirodnoantropogennihčinnikív |
| first_indexed |
2025-07-14T15:11:32Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:11:32Z |
| _version_ |
1837635634822381568 |
| fulltext |
100
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 11: 100—110
ЕКОЛОГІЯ
© М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин, 2019
Природоохоронні території, як об’єкти природно-заповідного фонду, відіграють одну із
ключових ролей у формуванні навколишнього середовища, збереженні стійкості екосис-
теми та забезпеченні екобезпеки території [1—3], підтримуючи саморегуляцію екологічних
процесів, збереження генетичного різноманіття і екологічну стабільність прилеглих тери-
торій. Однак у даний час практично для кожного з об’єктів природно-заповідного фонду
існує низка проблем, які перешкоджають їх стабільному розвитку. Серед них виділяють ак-
тивізацію впливу природно-кліматичних та антропотехногенних чинників (ПКЧ/АТЧ),
яка зумовлює інтенсифікацію стресових навантажень на природні комплекси при практич-
ній відсутності технологій адаптивного реагування на зміни, зумовлені дією цих чинників,
що негативно позначається на сталому розвитку і рівні екобезпеки території [3, 4].
https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.11.100
УДК 504.062:504.064
М.О. Попов 1, О.В. Альохіна 2, Б.П. Русин 2,
В.В. Кошовий 2, О.Л. Івантишин 2
1 ДУ “Науковий центр аерокосмічних досліджень Землі
Інституту геологічних наук НАН України”, Київ
2 Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів
E-mail: koshovy@ipm.lviv.ua, alokhina2011@gmail.com
Системний аналіз функціонування екосистем
природоохоронних територій в умовах активізації
впливу природно-антропогенних чинників
Представлено членом-кореспондентом НАН України М.О. Поповим
На основі системного підходу розглянуто проблему функціонування екосистем природоохоронних терито-
рій в умовах активізації сумісного впливу природних і антропогенних чинників. Показано, що в цих умовах
сучасні технології управління не завжди забезпечують належний рівень оцінювання екологічного стану і
релевантного реагування на його негативні зміни. Запропоновано підхід до побудови систем оцінювання еко-
логічного стану територій цього класу і розглянуто його інформаційні та методологічні аспекти. Як при-
клад застосування пропонованого підходу наведена ГІС-орієнтована інформаційно-аналітична сис тема,
призначена для реалізації адаптивного управління станом природного середовища біорезервату ЮНЕСКО
“Шацький”.
Ключові слова: природоохоронна територія, природне середовище, екологічний стан, природні та антро-
погенні фактори впливу, адаптивне управління, ГІС-орієнтована інформаційно-аналітична система.
101ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу...
Стратегії адаптації до впливу ПКЧ/АТЧ досліджують на глобальному і на регіональ-
ному рівнях [4]. Сучасний погляд на проблему адаптації акцентує увагу на особливій ролі
біотичних механізмів у збереженні стійкості та регулюванні стану екосистем [2]: “…головне
завдання людства полягає не стільки у скороченні антропогенних забруднювальних вики-
дів, скільки у збереженні природи планети та забезпеченні біотичних механізмів регулю-
вання, використання та відтворення екосистем”. Ризики деградації або знищення екосистем
тісно пов’язані з їх стійкістю, яку розглядають як “здатність зберігати свою структуру і ха-
рактер функціонування в просторі та часі при зміні умов зовнішнього середовища” [2],
оскільки екосистеми у своєму природному розвитку спрямовані до рівноважного стану.
Природне середовище територій природно-заповідного фонду особливо чутливе до
впливу ПКЧ/АТЧ, оскільки він сприяє зниженню відновлювальних функцій біосфери, не-
гативно відбивається на клімато- та водорегулювальній ролі лісів, гідрології територій, вод-
ності річок, озер тощо. Тому трансформаційні процеси в екосистемах, зумовлені активіза-
цією впливу ПКЧ/АТЧ, вимагають розроблення технологій адаптивного реагування на їх
наслідки, які є загрозливим викликом для цього класу територій і потребують окремих
досліджень. Адекватним полігоном для їх проведення є території Західного Полісся зав-
дяки особливій ролі регіону у формуванні клімату, великій водонасиченості його території,
незначній кількості джерел техногенного впливу, суттєвій відмінності у характері впливу
різних чинників на трансформаційні процеси в екосистемах. Одна з таких відмінностей по-
лягає в тому, що ПКЧ здійснюють інтегральний (у просторі) і тривалий (у часі) вплив, а
АТЧ — більш швидкоплинний і локалізований у часі та просторі вплив, формуючи “дегра-
даційні метастази” різної протяжності і форми в околі джерела.
Сучасні методи моніторингу і технології управління, що застосовують на природо-
охоронних територіях, не завжди забезпечують належний рівень оцінювання екологічного
стану (ОЕС) компонентів природного середовища і можливість адаптивного реагування
на його негативні зміни. Мета даного дослідження — висвітлити новий підхід до побудови
систем ОЕС природоохоронних територій, який грунтується на результатах системного
аналізу процесу функціонування екосистем і широкому застосуванні перспективних ін фор-
маційних технологій, що забезпечує високі показники інформативності, достовірності та
оперативності відбору і обробки екологічної інформації, дає змогу прогнозувати зміни еко-
логічної ситуації та створює умови для застосування технологій адаптивного реагування на
негативну динаміку цих змін в умовах активізації впливу ПКЧ/АТЧ [5].
Інформаційні аспекти методології ОЕС. Система ОЕС повинна забезпечити визна-
чення динаміки зміни негативних наслідків впливу ПКЧ/АТЧ на природне середовище в
умовах коливань його інтенсивності та отримання інформації, необхідної для розроблення
заходів щодо їх мінімізації. Ці коливання можуть бути незначні або критичні, коли ство-
рюються нові умови для функціонування екосистеми. Цей вплив стимулює накопичення
певних відмінностей у стані екосистеми від деякого умовно ідеального стану, в якому про-
цеси внутрішнього управління превалюють, забезпечуючи екологічну стійкість. Тобто про-
цедура ОЕС природного об’єкта передбачає вжиття певних контрольно-діагностичних
заходів, завдання яких — отримання інформації про динаміку цього стану на різних етапах
функціонування об’єкта. Відмінності у стані екосистеми визначаються сукупністю фі-
зичних, хімічних та інших процесів і явищ, які необхідно виявити та ідентифікувати з пев-
102 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 11
М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин
ною ймовірністю і точністю, щоб сформувати науково обґрунтований прогноз щодо роз-
витку та стабілізації деградаційних процесів внаслідок впливу ПКЧ/АТЧ. Тому процедуру
ОЕС доцільно розглядати, з одного боку, як елемент процесу функціонування екосистеми
на різних стадіях, а з іншого — як контрольно-діагностичний процес (КДП), який визначає
її стан на кожній стадії [6, 7].
При такому підході основні компоненти процесу ОЕС термінологічно можна визна чити
таким чином: 1) природне середовище (в цілому або його компонент) — це “об’єкт конт ролю”;
2) відмінності поточного екологічного стану об’єкта від деякого його ідеального — “пору-
шення природних функцій”; 3) наслідки впливу ПКЧ/АТЧ, зареєстровані давачами, — сиг-
нали “об’єкта контролю”. При цьому апріорі допускаємо, що умовно ідеальний природний
об’єкт завжди знаходиться в ядрі природоохоронної території, де відсутні антропогенні
впливи, і його екологічний стан є типовим для клімату даного регіону, а КДП і процедура
ОЕС у цілому — невід’ємна частина процесу функціонування “об’єкта контролю” [5].
З позицій теорії інформації та системного підходу процедури ОЕС і КДП в екології
необхідно аналізувати в єдності [7]. КДП доцільно розглядати як сукупність операцій ви-
мірювань і спостережень реакцій “об’єкта контролю” на дії різних чинників, що відповідає
суті терміну “комплексний екологічний моніторинг” (КЕМ). Враховуючи вищенаведене,
автори пропонують інформаційно-енергетичну модель процедури ОЕС природних об’єктів
(рисунок), яка враховує, з одного боку, її складність і цілісність, а з іншого — можливість
розділення на простіші елементи, які є незалежними з енергетичної або інформаційної
точок зору і можуть реалізовуватися незалежно, але з точки зору кінцевих цілей є
взаємозв’язаними і нерозривними. Структура цієї моделі містить п’ять основних елементів:
робочі та стимулюючі дії, процес функціонування “об’єкта контролю”, КДП і геоінформа-
ційний аналіз. Зв’язки цих елементів з “об’єктом контролю” і між собою — енергетичні, ін-
формаційні або змішані.
Інформаційно-енергетична модель процедури оцінювання екологічного стану при-
родних об’єктів
103ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу...
Робочі дії описують комплексом параметрів {u}, які характеризують зовнішній вплив на
стан компонентів природного середовища (освітлення, температура, опади тощо). Вони є
вхідними для екосистеми та забезпечують її нормальне функціонування і розвиток за
умов впливу типових для даного регіону ПКЧ. Параметри {h} характеризують її поточний
стан і є вхідними даними для системи ОЕС. Стимулюючі дії {pc} являють собою вплив
тривалих аномальних ПКЧ/АТЧ, які спричинюють або сприяють появі і накопиченню
відмінностей у поточному стані конкретної екосистеми (порівняно з типовими для регіо-
ну), формуючи стійкі зміни її екологічного стану впродовж тривалого періоду функціо-
нування, зумовлені порушенням внутрішнього управління в екосистемі і зв’язків між її
компонентами.
КДП забезпечує отримання інформації, яка визначається множиною параметрів {хд}
або величиною узагальненого параметра Хд і характеризує можливі стани “об’єкта конт-
ролю”, які описуються множиною параметрів {h}. Ця інформація є вхідною для системи
геоінформаційного аналізу. Поточне завдання КДП — отримання інформації про стан hі
“об’єк та контролю”. Кінцева мета КДП і процедури ОЕС в цілому – отримання кількісних
або якісних оцінок екологічного стану “об’єкта контролю”. Тобто КДП — це процедура з
інформаційними зв’язками, структура якої дає можливість надалі отримувати інформ а-
цію про екологічний стан “об’єкта контролю”. Основні інформаційні елементи запропо-
нованої моделі процедури ОЕС природних об’єктів – зондувальні дії, реєстрація, струк-
турне перетворення, семантична фільтрація та статистичне кодування інформації — на ве-
дено на рисунку.
Реальна екосистема — просторово неоднорідна, анізотропна і динамічна структура,
влас тивості і просторово-часовий розподіл параметрів {Pп} якої визначені множиною функ-
цій { ( , , , )}nP x y z t (див. рисунок), а виявлення та оцінювання відмінностей параметрів {Pп}
здійснюється засобами КДП (тобто КЕМ) і фіксується 4D-сіткою, накладеною на “об’єкт
контролю”. У сталому режимі при відсутності активізації впливу ПКЧ/АТЧ робочі дії {u}
на його вході спричинюють розподіл {Pп}, а множини власних {xn} і головних {gn} параметрів
описують його стан.
Зондувальні та стимулюючі дії істотно різняться. Перші — інформаційні і їх викорис-
товують для оцінювання параметрів стану екосистеми. Другі, у прогнозованій тривалості
часу, спричинюють появу незворотних відмінностей у стані екосистеми, яка виведена із
режиму саморегуляції, призводять до появи відхилень від типового (для регіонального клі-
мату) стану реальної екосистеми і спричинюють зміни, які відчутно впливають на її функ-
ціональні властивості. Процедуру ОЕС екосистеми засобами КДП необхідно проводити
на всіх стадіях її функціонування, а відмінності бажано виявляти якомога раніше, щоб уни-
кати додаткових витрат на ренатуралізацію, яка є різновидністю стимулюючих дій і яку ви-
користовують для здійснення цільового впливу на екосистему з використанням АТЧ або
біотичних чинників.
Динаміка зміни екологічного стану екосистеми залежить від її стійкості до впливу ПКЧ/
АТЧ. Виділяють декілька її форм: інертність, відновлюваність, пластичність [3, 5]. На ван-
таження на екосистему можливе до певних меж. Його зняття призводить до її повернення в
попередній стан завдяки природній саморегуляції. Однак можливі і непродумані рішення,
одним із прикладів якого було проведення меліорації і осушування боліт Західного Полісся,
104 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 11
М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин
що спричинило катастрофічне зниження рівня ґрунтових вод на 1,0—1,8 м та інтенсифіка-
цію процесів деградації екосистеми.
В екології джерелом вхідної інформації для КДП є природні процеси (фізичні, хімічні,
фізіологічні та інші) в компонентах екосистеми, які відбуваються внаслідок: а) дії типових
для регіону ПКЧ (сонячна енергія, типові атмосферні процеси); б) активізації впливу ПКЧ/
АТЧ, які стимулюють процеси незворотної деградації екосистеми (аномальні регіональні
кліматичні зміни, видобуток копалин, порушення у ландшафтах внаслідок ерозії, карстоут-
ворення, підтоплення, промислового забруднення); в) дії зондувальних фізичних полів, які
найчастіше є слабоенергетичними і в процесі взаємодії з компонентами екосистеми не змі-
нюють їх стан.
Відбір інформації засобами КДП здійснюють з використанням різних методів КЕМ.
Зондувальні дії — це фізичні поля і випромінювання, проникна здатність яких достатня для
формування зворотної реакції, реєстрованої давачем. Їх вид і параметри вибирають залеж-
но від умов та завдань моніторингу так, щоб забезпечити необхідні чутливість, просторову,
часову і спектральну розрізнювальну здатність засобів КЕМ. Тобто фізичні процеси в
“об’єкті контролю”, стимульовані робочими, стимулюючими і зондувальними діями, — це
джерело інформації та відправна точка процедури ОЕС. Інформаційні особливості про-
цедури реєстрації інформації: дистанційність, що вимагає врахування впливу середовища
на поширення сигналів; обмеженість, оскільки давач відсікає частину інформації. Отриману
в процесі реєстрації 3D-сукупність амплітудно-часово-просторових параметрів сигналів
представляють множинами величин сигналів {A}, моментів часу фіксації їх величин {T} і
номерів точок реєстрації {N}. Інформацію, необхідну для реалізації процедури ОЕС, отри-
мують шляхом реконструкції 3D-розподілу зареєстрованих у результаті КДП параметрів і
виконання подальших перетворень.
Впорядкування множини поздовжньо-поперечних асоціацій сигналів { }A , { }T , { }N ,
тобто їх структурне кодування. Ця операція описується як { }; { }; { } { } ; { }NS A T N A T〈 〉= 〈 〉 =
{ } ; { }TA N= 〈 〉 і не відсікає, а впорядковує інформацію в просторі і часі, де S — оператор струк-
турного перетворення, { }NA — поперечна асоціація величин усіх сигналів у фіксований мо-
мент часу (N-канальний давач), { }TA — поздовжня асоціація величин одного фіксованого
сигналу в усі моменти фіксації (просторове сканування одним давачем).
Семантична фільтрація впорядкованої системи сигналів — це зворотне перетворення впо-
рядкованої інформації, яке враховує цілі і задачі КДП і описується як 1{ { }; { }; { } }F S A T N− 〈 〉 .
В екології для оцінювання ступеня деградації локальної екосистеми завдання КДП фор-
мулюють як отримання інформації про зміни її властивостей, розмірів та функціональної
здатності. Якщо актуальним є експрес-оцінювання стану, то використовують деякий па-
раметр X , який описує цей стан у мінімальній за розмірністю формі. Наприклад, це може
бути відносна зміна морфометричної характеристики водойми, яка корелює із ступенем її
евтрофікації [8, 9].
Статистичне кодування — етап обробки результатів КДП, на якому відсікають інфор-
мацію в структурному сенсі, але зберігають об’єм її семантики і враховують статистику
розподілу значень параметрів та їх сукупності, що дає змогу зменшити об’єм пам’яті для
зберігання результатів і скорочує час на їх подальший аналіз. Приклад — діагностика стану
екосистеми за зміною кольору космознімка без ідентифікації її екологічних параметрів.
105ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу...
Таким чином, інформаційна оптимізація КДП в екології зводиться до синтезу узагаль-
неного інформаційного параметра, який визначає стан екосистеми з позицій її функціо-
нування та екобезпеки і формується в процесі КЕМ. Під час вибору методу моніторингу і
розроблення моделі “об’єкта контролю” необхідно враховувати цілі діагностування через
семантику параметрів.
Методологічні аспекти процедури ОЕС. КДП, як один із основних елементів процеду-
ри ОЕС, необхідно розглядати, з одного боку, як інформаційний процес відбору інформації
про наявність і параметри відмінностей реального стану екосистеми від типового для регіо-
ну, а з іншого, як фізичний процес, у рамках якого зондувальне поле взаємодіє з “об’єктом
контролю”. Інформаційна модель процедури ОЕС містить такі елементи:
1) джерело інформації — досліджувана область екосистеми як об’єкт контролю, в якій
необхідно встановити наявність або відсутність відмінностей її реального стану від типо-
вого для даного регіону;
2) джерело носія інформації — випромінювання певної фізичної природи, що поши-
рюється і взаємодіє з компонентами природного середовища;
3) просторово-часовий сигнал — носій інформації про властивості досліджуваної об-
ласті “об’єкта контролю”, який поширюється за її межі;
4) кодування інформації — перетворення сигналу при його поширенні в зовнішньому
середовищі за межі досліджуваної області;
5) приймач інформації — давач, який забезпечує реєстрацію просторово-часового роз-
поділу параметрів фізичного поля, а його структура (одноканальна або багатоканальна)
залежить від алгоритмів обробки інформації і реалізує ті чи інші способи сканування;
6) декодування інформації — відновлення інформативних ознак сигналу, на основі
яких ідентифікують параметри стану досліджуваної області “об’єкта контролю”;
7) одержувач інформації — система діагностування, в яку (залежно від виду пред-
ставлення інформативних ознак) можуть бути включені людина-оператор або автомат,
що приймає рішення про наявність відмінностей, а також математичні моделі, обчис-
лювальні алгоритми і технічні засоби, що забезпечують визначення екологічного стану
“об’єкта контролю”;
8) еквівалентні завади — сукупність завад від різних джерел: флуктуації параметрів
зондувального поля, структурні завади і фальшиві сигнали, зумовлені геометрією “об’єк-
та контролю”, стохастичним характером середовища поширення сигналу, перетворенням
виду носія інформації, наводки і шуми, зовнішній фон сторонніх полів і випромінювань.
Ця модель має позиційну впорядкованість елементів і структуру розімкнутої системи
передачі інформації, у якій передача інформації без втрат можлива лише за дотримання
основної і необхідної умови — узгодження інформаційної просторово-часової пропускної
здатності сП системи ОЕС з інформаційною просторово-часовою продуктивністю оП до-
сліджуваної екосистеми як джерела інформації [7]:
с оП П> . (1)
Кількість інформації ,ot sI , яку містить, як її джерело, кадр просторово-часового про-
цесу сканування досліджуваної області “об’єкта контролю”, та інформаційну продуктив-
106 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 11
М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин
ність джерела ,ot sП (кількість інформації, генерованої одиницею площі в одиницю часу)
визначають як
2
, 2log (1 1/ ),ot s t s oI TS f f= Δ Δ + δ 2
, 2log (1 1/ )ot s t s oП f f= Δ Δ + δ ,
де T — тривалість кадру, тобто час одного скану в процесі моніторингу досліджуваної об-
ласті екосистеми; x yS L L= — площа досліджуваної області екосистеми; sfΔ і tfΔ — смуги
просторових і часових частот процесу, який характеризує зміну параметрів стану екосис-
теми; 1
,1/ ; 1/ ; ( ) ,t s s x yf T f S f l −Δ = Δ = Δ = де xl і yl — просторове розрізнення по коорди-
натах; ,s x y o so tof f fΔ = Δ Δ δ = δ + δ — просторова і часова складові флуктуацій поля.
Аналізуючи оП екосистеми, необхідно враховувати її розміри, геометрію, складність і
неоднорідність структури та просторово-часові і спектральні характеристики, беручи до
уваги метод і продуктивність моніторингу, параметри зондувальних і стимулюючих дій,
вибра ний вид і характеристики вихідної інформації (зображення, спектр тощо), величину
мінімальних відмінностей, що підлягають виявленню, розкид параметрів середовища поши-
рення тощо.
сП системи ОЕС, включно із системою моніторингу, визначають за просторово-часо-
вою розрізнювальною здатністю, продуктивністю, чутливістю, кількістю каналів реєстрації
тощо. Згідно з умовою (1) високій величині оП екосистеми повинна відповідати висока
величина сП системи ОЕС, що вимагає значного підвищення складності, об’єму і вартості
обладнання цієї системи. За час моніторингу часові зміни екологічної ситуації незначні, а
параметри поля, яке відображає стан екосистеми, не змінюються впродовж одного циклу
сканування. Тому для визначення оП і сП достатньо враховувати кількість лише просто-
рової інформації, генерованої екосистемою 2
2log (1 1/ )o x y x y oI L L f f= Δ Δ + δ . Тоді її інфор ма-
ційна продуктивність 2
2/ log (1 1/ )o o x y x y oП I L L f f= = Δ Δ + δ , де min max/ ,o p pδ = min max/p p —
мінімальне / максимальне значення вимірюваної величини, за якою визначають стан еко-
системи; max/c p pδ = Δ — відносна, а pΔ — абсолютна похибки передачі інформації. У разі
рівномірної статистики 2
2log (1 1/ )c x y cП f f= Δ Δ + δ .
Умова (1) визначає методологію оптимізації системи ОЕС, яка ґрунтується на принци-
пі відповідності характеристик системи задачам діагностування стану конкретного “об’єк-
та контролю”. Суть принципу — прості задачі ОЕС не повинні вирішуватися складними або
дороговартісними системами і методиками, оскільки вартість діагностування при цьому
значно зростає, результат не покращиться, а остаточна вартість процедури ОЕС виросте
настільки, що її застосування просто буде невигідним. Наприклад, якщо метою процеду ри
ОЕС є визначення ступеня деградації локальної екосистеми, а в методику його розрахунку
закладена лише максимальна величина відхилення певного параметра екосистеми, то за-
стосовувати систему моніторингу з високим просторовим розрізненням вже недоцільно.
Така методологія дає змогу підвищити якість і зменшити затрати на проведення процеду-
ри ОЕС. Ці вимоги суперечать одна одній, але умова (1) передбачає можливість компро-
міс ного рішення.
Таким чином, оптимізація процедури ОЕС залежить від конкретної екологічної задачі і
повинна включати такі етапи: вибір фізичного методу моніторингу і типу зондувальних дій,
моменту часу і області зондування; оптимізація параметрів КДП для вибраного методу реє-
107ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу...
страції реакції “об’єкта контролю” на зондувальні дії; вибір критерію виявлення змін стану
екосистеми; оцінювання екологічного стану досліджуваної області “об’єкта контролю”.
Практичне застосування методології апробовано у біорезерваті “Шацький”, який пре-
зентує українську частину транскордонного біорезервату ЮНЕСКО “Західне Полісся” [10,
11]. На даний час рівень управління цією територією з метою забезпечення її сталого роз-
витку не відповідає сучасним вимогам через розбіжності в екологічному праві країн, склад-
ність формування спільних цілей і механізмів ОЕС, відсутність впроваджених технологій
адаптивного реагування на активізацію впливу ПКЧ/АТЧ, недостатній рівень впроваджен-
ня системного підходу, перспективних ІТ та сучасних засобів ОЕС при високому різнома-
нітті компонентів природного середовища.
У сучасній світовій практиці технології адаптивного реагування на зміни стану при-
родного середовища територій природно-заповідного фонду в умовах активізації сумісного
впливу ПКЧ/АТЧ ще недостатньо розвинуті і, головне, мало застосовуються. Приклад —
Європейський проект HABIT-CHANGE, що передбачав дослідження природоохоронних
територій Центральної і Східної Європи (в/б угіддя, ліси, луки і високогір’я), зокрема і
територію біорезервату “Шацький” [4]. Але в результаті його виконання сформульовані ре-
комендації щодо адаптації до впливу лише кліматичних змін як загрози біорізноманіттю.
Впровадження на природоохоронних територіях концепції сталого розвитку і адаптивного
управління вимагає її адаптації до конкретних територій. Авторами роботи проведено ком-
плекс досліджень з проблеми сталого розвитку і забезпечення екобезпеки території біоре-
зервату “Шацький” [9] і отримано такі результати:
1) визначено існуючі і потенційно небезпечні чинники впливу на природне середовище
біорезервату, що створюють загрози для екологічної стабільності, біорізноманіття і стану
екобезпеки цієї території;
2) оцінено рівень сталого розвитку території біорезервату на основі методології SWOT-,
TOWS- і PESTM-аналізу та системи індексів сталого розвитку (економічного Іекв, екологіч-
ного Іев та соціального Ісв), за якими розраховано інтегральний індекс Іср ≈ 0,93 [12];
3) оцінено стан екобезпеки території біорезервату в сучасних умовах активізації впливу
ПКЧ/АТЧ на основі розрахунку показників екобезпеки Крд і Ксрд та інтегрального показ-
ника екобезпеки
1
1/
n
i i
i
K n x k
=
= ∑ , які дають уяв лен ня
про силу впливу на природні комплекси або лише
робочих дій (перманентні природно-кліматичні
впливи), або сумісного впливу стимулюючих (ано-
мальні природно-антропогенні впливи) і робочих
дій за бальною шкалою 0–100, де 0 — відсутність
впливу, а 100 — максимальна сила впливу, n — су-
купна кількість робочих і стимулюючих дій, ix —
сила впливу кожної дії (за бальною шкалою), ik —
ваговий коефіцієнт кожної дії. Результати оці-
нювання (таблиця) підтверджують, що найбільш
чутливі до впливу поступових змін ПКЧ (за коефі-
цієнтом Крд) грунтові води, флора, водно-болотні
Показники екобезпеки
території біорезервату “Шацький”
Природні
комплекси
Ксрд Крд
Поверхневі води 52 4
Ґрунтові води 76 7
Лісовий комплекс 71 4
Водно-болотний комплекс 38 11
Ґрунти 42 1
Флора 72 5
Фауна 63 3
108 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 11
М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин
комплекси, а до сумарного впливу активізації ПКЧ/АТЧ (за коефіцієнтом Ксрд) — грунтові
води, лісові комплекси, флора і фауна.
Фактичне значення індексу сталого розвитку Іср свідчить про високий, але недостат ній
ступінь гармонізації сталого розвитку природоохоронної території біорезервату “Шацький”.
Тому з використанням вищенаведеної методології сформульовано стратегію адаптивного
управління цією природоохоронною територією в умовах активізації впливу ПКЧ/АТЧ
з метою забезпечення її сталого розвитку. Для реалізації цієї стратегії створено і впровадже-
но відповідний механізм, а саме: ГІС-орієнтовану інформаційно-аналітичну систему ОЕС
природного середовища [13]. Для створення ГІС використано значний обсяг первинних да-
них, результатів польових спостережень і даних дистанційного зондування Землі, накопи-
чених у процесі 35-річного функціонування біорезервату.
Таким чином, вперше за результатами проведеного системного аналізу функціонування
екосистем природоохоронних територій та на основі запропонованої методології сформу-
льовано стратегію управління, обґрунтовано структуру, створено і впроваджено постійно
функціонуючу ГІС-орієнтовану інформаційно-аналітичну систему оцінювання екологіч-
ного стану природного середовища біорезервату ЮНЕСКО “Шацький”, що дає можливість
реалізувати адаптивне управління його станом в умовах активізації сумісного впливу при-
родних і антропогенних чинників.
Публікація містить результати досліджень, проведених, у тому числі, і за підтримки
Цільової комплексної програми НАН України з наукових космічних досліджень на 2018—
2022 рр. за проектом “Кронос 2018—2022”: “Системні дослідження взаємозв’язків між со-
нячними, геофізичними (геомагнітне, геоелектричне та природне інфразвукове поля) та еко-
логічними процесами на основі даних українських та міжнародних космічних місій і наземної
інструментальної та польової інфраструктури”.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Екологічна безпека територій: Адаменко О.М., Адаменко Я.О. (ред.). Івано-Франківськ: Голіней, 2014.
361 с.
2. Дідух Я.П. Новий підхід до оцінки стійкості та ризиків втрати екосистем. Допов. Нац. акад. наук Укр.
2014. № 8. С. 149—155. https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.08.149
3. Гродзинський М.Д. Стійкість геосистем до антропогенних навантажень. Київ: Лікей, 1995. 233 с.
4. Managing protected areas in Central and Eastern Europe under climate change: Rannow S., Neubert M.
(Eds.). Dordrecht: Springer, 2014. 305 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7960
5. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. Москва: Мир, 1981. 256 с.
6. Казачинский В.М., Пичугина А.Е. Качественная оценка контрольно-диагностической информации /
Одес. политехн. ин-т. Одесса,1984. 15 с. Деп. в УкрНИИНТИ 27.12.84, № 2214—Ук84.
7. Беленький Я.Е., Кошевой В.В. Системы пространственно-временного проеобразования информации.
Киев: Наук. думка, 1979. 252 с.
8. Кошовий В.В., Цихан О.І., Бухало О.П., Романишин І.М. До оцінки трофічного стану озер на основі
морфометричних параметрів. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2001. № 11. С. 198—201.
9. Альохіна О.В., Горбань І.М., Ященко П.Т., Піць Н.А. Еволюція стану екосистем біорезевату ЮНЕСКО
“Шацький” в умовах інтенсифікації впливу кліматичних змін та антропогенних факторів. Природа
Західного Полісся та прилеглих територій. 2014. № 11. С. 101—108.
10. Створення транскордонного біосферного резервату та регіональної мережі в Поліссі (Білорусь /
Польща / Україна: Дідух Я.П., Черінько П.М. (ред.). Київ: Нац. Комітет України з програми ЮНЕСКО
“Людина і біосфера”, 2008. 127 с.
109ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 11
Системний аналіз функціонування екосистем природоохоронних територій в умовах активізації впливу...
11. Три полісся — спільна стратегія охорони і екологічного використання природної спадщини теренів
польсько-білорусько-українського прикордоння: Матюнін С., Косьцелецький П. (ред.). Брест: ПП Те-
леш, 2009. 82 с.
12. Alokhina O., Pits N. SWOT-analysis of the Shatsk National Natural Park: nature resources potential. Nature
and Landscape Monitoring System in the West Polesie Region. Lublin: University of Life Sciences in Lublin,
Inst. of Agrophysics of PAS, 2009. P. 96—108.
13. Панасюк В.В., Лялько В.І, Дідух Я.П., Кошовий В.В., Попов М.О., Муравський І.Л., Мельничок Л.С.,
Горбань І.М., Альохіна О.В., Курсіж І.Й., Ліщенко Л.П., Козлова А.О., Станкевич С.А., Дугін С.С.,
Фіцайло Т.В., Пашкевич Н.А. ГІС для дослідження екосистем Шацького національного природного
парку та управління ними з метою забезпечення сталого розвитку заповідних територій. Цільова комп-
лексна програма фундаментальних досліджень “Наукові основи, методичне, технічне та інформаційне
забезпечення створення системи моніторингу геосистем на території України (GEO-UA)”: Зб. наук.
звітів / НАН України. Київ, 2010. С. 108—127.
Надійшло до редакції 18.07.2019
REFERENCES
1. Adamenko, O. M. & Adamenko, Ya. O. (Eds.) (2014). Ecological security of territories. Ivano-Frankivsk:
Holinei (in Ukrainian).
2. Didukh, Ya. P. (2014). A novel approach to the assessment of the stability and the risks of losses in ecosystems.
Dopov. Nac. acad. nauk Ukr., No. 8, pp. 149-155 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/dopovidi2014.08.149
3. Grodzinsky, M. D. (1995). Stability of geosystems to anthropogenic loads. Kyiv: Likei (in Ukrainian).
4. Rannow, S. & Neubert, M. (Eds.). (2014). Managing protected areas in Central and Eastern Europe under
climate change. Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7960
5. Jeffers, J. N. R. (1981). An introduction to systems analysis: with ecological applications. London: Edvard
Arnold.
6. Kazachinsky, V. M. & Pichugina, A. E. (1984). Qualitative evaluation of control and diagnostic information.
Odessa: Odessa Polytech. Inst. Dep. in UkrNIINTI 27.12.84, No. 2214—Uk84 (in Russian).
7. Belenkyi, Ya. E. & Koshevoy, V. V. (1979). Systems of spatio-temporal transformation of information. Kyiv:
Naukova Dumka (in Russian).
8. Koshovyy, V. V, Tsykhan, O. I, Bukhalo, O. P. & Romanyshyn, I. M. (2001). To estimation of trophic state of
lakes on the basis of morphometric parameters. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 11, pp. 198-201 (in
Ukrainian).
9. Alokhina, O. V., Gorban, I. M., Yaschenko, P. T. & Pits, N. A. (2014). The evolution of an ecosystems state of
the Biosphere Reserve UNESCO “Shatsky” in conditions of an intensification of the effect of climate change
and anthropogenic factors. Priroda Zakhidnoho Polissya i prylehlykh terrytoriy, No. 11, pp. 101-108 (in
Ukrainian).
10. Didukh, Ya. P. & Cherin’ko, P. M. (Eds.). (2008). Creation of the transboundary biosphere reserve and a
regional network in Polissya (Belarus / Poland / Ukraine). Kyiv: Nat. Committee of Ukraine on the UNESCO
Program “Man and the Biosphere” (in Ukrainian).
11. Matyunin, S. & Kos’tseletskyi, P. (Eds.). (2009). Three Polesies – a joint strategy for the protection and
ecological use of the natural heritage of the Polish-Belarusian-Ukrainian borderland. Brest: PE Telesh.
12. Alokhina, O. & Pits, N. (2009). SWOT-analysis of the Shatsk National Natural Park: nature resources
potential. Nature and Landscape Monitoring System in the West Polesie Region (pp. 96-108). Lublin:
University of Life Sciences in Lublin; Inst. of Agrophysics of PAS.
13. Panasyuk, V. V., Lyal’ko, V. I., Didukh, Ya. P., Koshovyy, V. V., Popov, M. O., Muravskyy, I. L., Mel’nychok, L.
S., Horban’, I. M., Alokhina, O. V., Kursish, I. Yo., Liszhenko, L. P., Kozlova, A. O., Stankevych, S. A., Dugin,
S. S., Fitsailo, T. V. & Pashkevych, M. A. (2010). GIS to study the ecosystems of the Shatsk National Nature
Park and manage them in order to ensure the sustainable development of protected areas. Targeted com-
plex program of fundamental researches “Scientific foundations, methodological, technical and informa-
tion support for the establishment of a geosystem monitoring system in Ukraine (GEO-UA)”: A collection
of scientific reports (pp. 108-127). Kyiv: NAS of Ukraine (in Ukrainian).
Received 18.07.2019
М.О. Попов, О.В. Альохіна, Б.П. Русин, В.В. Кошовий, О.Л. Івантишин
М.А. Попов 1, О.В. Алехина 2, Б.П. Русин 2,
В.В. Кошовый 2, О.Л. Ивантишин 2
1 ГУ “Научный центр аэрокосмических исследований Земли
Института геологических наук НАН Украины”, Киев
2 Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины, Львов
E-mail: koshovy@ipm.lviv.ua, alokhina2011@gmail.com
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ
ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ В УСЛОВИЯХ
АКТИВИЗАЦИИ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
На основе системного подхода рассмотрена проблема функционирования экосистем природоохранных
территорий в условиях активизации совместного влияния природных и антропогенных факторов. По ка-
зано, что в этих условиях современные технологии управления не всегда обеспечивают должный уровень
оценки экологического состояния и релевантного реагирования на его негативные изменения. Пред ложен
подход к построению систем оценивания экологического состояния территорий этого класса и рассмотре-
ны его информационные и методологические аспекты. В качестве примера применения пред лагаемого
подхода приведена ГИС-ориентированная информационно-аналитическая система, предназначенная для
реализации адаптивного управления состоянием природной среды биорезервата ЮНЕСКО “Шацкий”.
Ключевые слова: природоохранная территория, природная среда, экологическое состояние, природные и
антропогенные факторы влияния, адаптивное управление, ГИС-ориентированная информационно-ана ли-
тическая система.
M.O. Popov 1, O.V. Alokhina 2, B.P Rusyn 2,
V.V. Koshovyy 2, O.L. Ivantyshyn2
1 Scientific Centre for Aerospace Research of the Earth
of the Institute of Geological Science of the NAS of Ukraine, Kyiv
2 Karpenko Physico-Mechanical Institute of the NAS of Ukraine, Lviv
E-mail: koshovy@ipm.lviv.ua, alokhina2011@gmail.com
SYSTEM ANALYSIS OF THE FUNCTIONING
OF ECOSYSTEMS OF NATURAL PROTECTED TERRITORIES
UNDER CONDITIONS OF THE ACTIVATION OF THE INFLUENCE
OF NATURAL AND ANTHROPOGENIC FACTORS
The problem of the functioning of ecosystems of protected areas under conditions of the activity of natural and
anthropogenic factors has presented with the use of the system approach. It is shown that, under these conditions,
modern management technologies do not always provide an adequate level of environmental assessment and
relevant response to its negative changes. The approach to the construction of systems of assessment of the
ecological status of territories of this class is proposed, and its informational and methodological aspects are
considered. An example of application of the proposed approach is the GIS-oriented information — analytical
system designed for the implementation of adaptive management of the state of the natural environment of
the Biosphere Reserve UNESCO “Shatskyi”.
Keywords: natural protected territory, natural environment, ecological state, natural and anthropogenic factors,
adaptive management, GIS-oriented information-analytical system.
|