Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький"
У статті наведено результати досліджень динаміки чисельності популяції Lepus europaeus Pall. в залежності від погодно-кліматичних факторів на території НПП «Вижницький» за період 2002–2013 рр. за допомогою моніторингової інформаційної системи. Виконаний нами аналіз свідчить на користь зворотної зале...
Saved in:
| Published in: | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113581 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" / С.В. Голуб, М.В. Талах, В.І. Стратій // Математичні машини і системи. — 2016. — № 1. — С. 120-128. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113581 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Голуб, С.В. Талах, М.В. Стратій, В.І. 2017-02-10T17:06:59Z 2017-02-10T17:06:59Z 2016 Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" / С.В. Голуб, М.В. Талах, В.І. Стратій // Математичні машини і системи. — 2016. — № 1. — С. 120-128. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113581 004.942 У статті наведено результати досліджень динаміки чисельності популяції Lepus europaeus Pall. в залежності від погодно-кліматичних факторів на території НПП «Вижницький» за період 2002–2013 рр. за допомогою моніторингової інформаційної системи. Виконаний нами аналіз свідчить на користь зворотної залежності між динамікою чисельності досліджуваної популяції зайця сірого та максимальними значеннями температури повітря вересня. Водночас, збільшення кількості опадів у вересні чинить позитивний вплив на чисельність популяції Lepus europaeus Pall. протягом досліджуваного періоду на території НПП. В статье приведены результаты исследований динамики численности популяции Lepus europaeus Pall. в зависимости от погодно-климатических факторов на территории НПП «Вижницкий» за период 2002–2013 гг. с помощью мониторинговой информационной системы. Выполненный нами анализ свидетельствует в пользу обратной зависимости между динамикой численности исследуемой популяции зайца серого и максимальными значениями температуры воздуха сентября. В то же время увеличение количества осадков в сентябре оказывает положительное влияние на численность популяции Lepus europaeus Pall. в течение исследуемого периода на территории НПП. The article presents the results of research in population dynamics of Lepus europaeus Pall depending on weather and climatic factors in the national park “Vyzhnytsky” during the period of 2002–2013 years with the help of monitoring information system. Our analysis provides evidence in favor of a negative relationship between population dynamics of studied population of Lepus europaeus Pall and maximum temperature in September. At the same time, increased rainfall in September, has a positive effect on the number of Lepus europaeus Pall. population during the study period within the territory of national park. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Моделювання і управління Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" Информационная система экологического мониторинга Национального природного парка «Вижницкий» Environmental Monitoring Information System of the National Natural Park “Vyzhnitsky” Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" |
| spellingShingle |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" Голуб, С.В. Талах, М.В. Стратій, В.І. Моделювання і управління |
| title_short |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" |
| title_full |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" |
| title_fullStr |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" |
| title_full_unstemmed |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" |
| title_sort |
інформаційна система екологічного моніторингу національного природного парку "вижницький" |
| author |
Голуб, С.В. Талах, М.В. Стратій, В.І. |
| author_facet |
Голуб, С.В. Талах, М.В. Стратій, В.І. |
| topic |
Моделювання і управління |
| topic_facet |
Моделювання і управління |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Математичні машини і системи |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Информационная система экологического мониторинга Национального природного парка «Вижницкий» Environmental Monitoring Information System of the National Natural Park “Vyzhnitsky” |
| description |
У статті наведено результати досліджень динаміки чисельності популяції Lepus europaeus Pall. в залежності від погодно-кліматичних факторів на території НПП «Вижницький» за період 2002–2013 рр. за допомогою моніторингової інформаційної системи. Виконаний нами аналіз свідчить на користь зворотної залежності між динамікою чисельності досліджуваної популяції зайця сірого та максимальними значеннями температури повітря вересня. Водночас, збільшення кількості опадів у вересні чинить позитивний вплив на чисельність популяції Lepus europaeus Pall. протягом досліджуваного періоду на території НПП.
В статье приведены результаты исследований динамики численности популяции Lepus europaeus Pall. в зависимости от погодно-климатических факторов на территории НПП «Вижницкий» за период 2002–2013 гг. с помощью мониторинговой информационной системы. Выполненный нами анализ свидетельствует в пользу обратной зависимости между динамикой численности исследуемой популяции зайца серого и максимальными значениями температуры воздуха сентября. В то же время увеличение количества осадков в сентябре оказывает положительное влияние на численность популяции Lepus europaeus Pall. в течение исследуемого периода на территории НПП.
The article presents the results of research in population dynamics of Lepus europaeus Pall depending on weather and climatic factors in the national park “Vyzhnytsky” during the period of 2002–2013 years with the help of monitoring information system. Our analysis provides evidence in favor of a negative relationship between population dynamics of studied population of Lepus europaeus Pall and maximum temperature in September. At the same time, increased rainfall in September, has a positive effect on the number of Lepus europaeus Pall. population during the study period within the territory of national park.
|
| issn |
1028-9763 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113581 |
| citation_txt |
Інформаційна система екологічного моніторингу Національного природного парку "Вижницький" / С.В. Голуб, М.В. Талах, В.І. Стратій // Математичні машини і системи. — 2016. — № 1. — С. 120-128. — Бібліогр.: 22 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT golubsv ínformacíinasistemaekologíčnogomonítoringunacíonalʹnogoprirodnogoparkuvižnicʹkii AT talahmv ínformacíinasistemaekologíčnogomonítoringunacíonalʹnogoprirodnogoparkuvižnicʹkii AT stratíiví ínformacíinasistemaekologíčnogomonítoringunacíonalʹnogoprirodnogoparkuvižnicʹkii AT golubsv informacionnaâsistemaékologičeskogomonitoringanacionalʹnogoprirodnogoparkavižnickii AT talahmv informacionnaâsistemaékologičeskogomonitoringanacionalʹnogoprirodnogoparkavižnickii AT stratíiví informacionnaâsistemaékologičeskogomonitoringanacionalʹnogoprirodnogoparkavižnickii AT golubsv environmentalmonitoringinformationsystemofthenationalnaturalparkvyzhnitsky AT talahmv environmentalmonitoringinformationsystemofthenationalnaturalparkvyzhnitsky AT stratíiví environmentalmonitoringinformationsystemofthenationalnaturalparkvyzhnitsky |
| first_indexed |
2025-11-26T00:08:23Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:08:23Z |
| _version_ |
1850592112336175104 |
| fulltext |
120 © Голуб С.В., Талах М.В., Стратій В.І., 2016
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1
УДК 004.942
C.В. ГОЛУБ
*
, М.В. ТАЛАХ
**
, В.І. СТРАТІЙ
***
ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА ЕКОЛОГІЧНОГО МОНІТОРИНГУ
НАЦІОНАЛЬНОГО ПРИРОДНОГО ПАРКУ “ВИЖНИЦЬКИЙ»
*
Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького, Черкаси, Україна
**
Буковинський державний фінансово-економічний університет, м. Чернівці, Україна
***
Національний природний парк «Вижницький», смт Берегомет, Чернівецька обл., Україна
Анотація. У статті наведено результати досліджень динаміки чисельності популяції Lepus
europaeus Pall. в залежності від погодно-кліматичних факторів на території НПП «Вижницький»
за період 2002–2013 рр. за допомогою моніторингової інформаційної системи. Виконаний нами
аналіз свідчить на користь зворотної залежності між динамікою чисельності досліджуваної по-
пуляції зайця сірого та максимальними значеннями температури повітря вересня. Водночас, збі-
льшення кількості опадів у вересні чинить позитивний вплив на чисельність популяції Lepus
europaeus Pall. протягом досліджуваного періоду на території НПП.
Ключові слова: моніторинг, популяція, моделювання, Lepus europaeus Pall.
Аннотация. В статье приведены результаты исследований динамики численности популяции
Lepus europaeus Pall. в зависимости от погодно-климатических факторов на территории НПП
«Вижницкий» за период 2002–2013 гг. с помощью мониторинговой информационной системы.
Выполненный нами анализ свидетельствует в пользу обратной зависимости между динамикой
численности исследуемой популяции зайца серого и максимальными значениями температуры воз-
духа сентября. В то же время увеличение количества осадков в сентябре оказывает положитель-
ное влияние на численность популяции Lepus europaeus Pall. в течение исследуемого периода на
территории НПП.
Ключевые слова: мониторинг, популяция, моделирование, Lepus europaeus Pall.
Abstract. The article presents the results of research in population dynamics of Lepus europaeus Pall
depending on weather and climatic factors in the national park “Vyzhnytsky” during the period of 2002–
2013 years with the help of monitoring information system. Our analysis provides evidence in favor of a
negative relationship between population dynamics of studied population of Lepus europaeus Pall and
maximum temperature in September. At the same time, increased rainfall in September, has a positive
effect on the number of Lepus europaeus Pall. population during the study period within the territory of
national park.
Keywords: monitoring, population, modeling, Lepus europaeus Pall.
1. Вступ
Як відомо, моніторинг – це технологія забезпечення інформацією процесів прийняття рі-
шень. Вимоги, що висуваються до цієї інформаційної технології, визначаються тим, якої
саме інформації потребує надсистема для забезпечення процесу формування керуючих
впливів при управлінні станом екосистеми [1].
Зокрема, виявлення закономірностей динаміки чисельності популяцій живих орга-
нізмів необхідне для прогнозування можливих небажаних явищ і внесення, у разі необхід-
ності, коректив у їх чисельність на території об’єктів природно-заповідного фонду. Дослі-
дження динаміки популяцій має важливе природоохоронне значення, оскільки дозволяє
робити прогнози стану екологічної системи, оцінювати наслідки впливу на них антропо-
генних факторів, виявляти та усувати причини негативного антропогенного впливу на еко-
логічні системи та ін. і є основою для створення наукових основ раціонального викорис-
тання природних ресурсів. Таким чином, одним із завдань для інформаційної технології
моніторингу об’єктів природно-заповідного фонду є виявлення закономірностей зміни чи-
сельності популяції тварин та рослин на території парку.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1 121
Розв’язок численних задач, пов’язаних із дослідженням закономірностей у динаміці
чисельності (щільності) популяцій різних видів рослин і тварин на території заповідних
територій, вимагає отримання, обробки та перетворення великих масивів даних – резуль-
татів спостережень.
На сьогодні процеси отримання чисельних характеристик результатів спостережень
на території національного природного парку “Вижницький» організовані ефективно. Пе-
релік показників, що контролюються, та періодичність спостережень дозволяють відобра-
зити стани екологічної системи в масиві отриманих даних.
Обробка результатів спостережень проводиться статистичними методами. Перетво-
рення результатів обробки у відомості про динаміку чисельності популяцій контрольова-
них рослин і тварин та виявлення закономірностей проводяться традиційно – поєднанням
експертних методів із методами статистичного моделювання.
Результати моніторингу отримують у вигляді дво-, тривимірних залежностей. Але,
очевидно, що динаміку чисельності популяції визначає велика кількість факторів як внут-
рішніх, так і зовнішніх. Можливості ж статистичних методів моделювання для відобра-
ження багатофакторних впливів обмежені.
2. Аналіз останніх досліджень і публікацій
Інформація, яку отримують у результаті моніторингу, має вигляд відомостей про власти-
вості об’єктів моніторингу у формі аналітичних моделей. Для відображення закономірнос-
тей досліджуваної екологічної системи використовуються окремі моделі або їх ієрархічне
поєднання. Ієрархія моделей може бути горизонтальною, вертикальною або їх поєднанням,
утворюючи багаторівневі структури баз моделей [1].
У залежності від мети та потужності засобів синтезу моделей технологія моніторин-
гу налаштовується для відображення в моделях тієї чи іншої закономірності. Виділяють
п'ять стандартних типів закономірностей, які виявляються у процесі моделювання [2]: асо-
ціація; послідовність; класифікація; кластеризація; прогнозування. Асоціація має місце в
тому випадку, якщо кілька одночасних подій пов'язані одна з одною. Якщо існує ланцю-
жок пов'язаних у часі подій, то говорять про послідовність. За допомогою класифікації ви-
являються ознаки, що характеризують групу, до якої належить той або інший об'єкт. Це
робиться за допомогою аналізу вже класифікованих об'єктів і формулювання деякого на-
бору правил. Кластеризація відрізняється від класифікації тим, що самі групи заздалегідь
не задані. За допомогою кластеризації засоби моделювання самостійно виділяють різні од-
норідні групи даних. Основою для всіляких систем прогнозування є історична інформація,
що зберігається в базах даних у вигляді часових рядів. Якщо вдається побудувати моделі,
що адекватно відображають динамічні характеристики цільових показників, ймовірно за їх
допомогою можна прогнозувати і поведінку системи в майбутньому.
Для відображення закономірностей послідовності традиційно використовуються
методи імітаційного моделювання. В роботах [3, 4] розроблена методологія побудови уні-
версальної моделі динаміки популяцій та отримано дискретну узагальнену математичну
модель динаміки популяцій [5, 6]. Також проведено визначення значень робочих парамет-
рів узагальненої математичної моделі динаміки популяцій [7] та на основі даних монітори-
нгу визначено числові значення робочих параметрів узагальненої математичної моделі ди-
наміки популяцій деяких видів тварин і розроблено математичні моделі відповідних видів
[8].
Статистичні методи частіше використовуються для виявлення закономірностей
асоціації та прогнозування. Існує ряд робіт, що стосуються дослідження впливу ендоген-
них факторів на динаміку популяцій тварин як загалом на прикладі дрібних ссавців, так і
досліджуваного виду (Lepus europaeus Pall.) зокрема. У роботі [9] на основі статистичної
обробки даних дається оцінка ролі кліматичних факторів (висота снігового покриву, тем-
122 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1
пература повітря, тривалість безморозного періоду та кількість опадів) у розміщенні та ди-
наміці чисельності зайця сірого на півдні Середнього Сибіру. При цьому показана провід-
на роль таких факторів, як висота снігового покриву та тривалість безморозного періоду на
чисельність досліджуваного виду.
У роботі М.П. Федюшка [10] показано негативну залежність чисельності зайця-
русака в залежності від кількості застосованих пестицидів на основі кореляційного аналізу
та доведена можливість використання показників чисельності популяції зайця-русака як
індикатора антропогенного тиску на асоційоване агробіорізноманіття.
3. Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми
Проблемою, що виникає при створенні моніторингових інформаційних систем (МІС) і яка
досліджується в цій роботі, є існуюче протиріччя між необхідністю відобразити у структу-
рі моделі властивості складної екологічної системи НПП «Вижницький» та обмеженими
можливостями методів моделювання, що використовуються для цього. Це призводить до
того, що відомості про властивості об’єктів спостережень залишаються не відображеними
у структурі моделей і не використовуються при прийнятті рішень за результатами моніто-
рингу.
Чисельність будь-якої популяції коливається під впливом дії біотичних і абіотичних
факторів та їх комплексів. Їх взаємодія динамічна, оскільки є наслідком розвитку екосис-
теми. Тому існує потреба розробки та впровадження нових методів виявлення й вивчення
цих факторів, обробки і аналізу отриманої інформації, які повинні базуватись на поєднанні
результатів досліджень традиційними методами екології та біології знань у поєднанні із
сучасними методами обробки великих масивів даних, моделювання складних систем. Існує
потреба у скороченні часу на отримання висновків шляхом автоматизації рутинної праці
за рахунок широкого застосування моніторингових МІС.
Головною метою цієї роботи є дослідження процесів використання інформаційної
технології екологічного моніторингу національного природного парку для виявлення вза-
ємозв’язків між природно-кліматичними факторами та динамікою популяції тварин, зок-
рема, зайця сірого, на прикладі НПП «Вижницький».
4. Виклад основного матеріалу
Відповідно до методології створення автоматизованих систем соціоекологічного моніто-
рингу [11] на першому етапі формування МІС надсистема формулює вимоги до змісту ін-
формації, яку необхідно отримати за результатами моніторингу. У цьому випадку моніто-
рингова інформація потрібна для визначення реакції екологічної системи НПП «Вижниць-
кий» на кліматичні зміни.
Проблема зміни клімату в даний час є надзвичайно актуальною як у сфері фундаме-
нтальних досліджень, так і у практичній діяльності. Розробка надійних оцінок і об'єктив-
них прогнозів екологічних наслідків, пов'язаних з динамікою клімату, визначили інтерес
дослідників до вивчення відповідної реакції біоти на інтенсивність і характер кліматичних
трансформацій.
Важлива роль у дослідженнях реакцій біоти на кліматичні зміни належить особливо
охоронюваним природним територіям, об’єктам природно-заповідного фонду, оскільки
саме для цих територій є багаторічні ряди регулярних спостережень за динамікою різних
природних параметрів у незайманих або малотрансформованих екосистемах, отриманих
при формуванні традиційного для об’єктів ПЗФ України «Літопису природи». Очевидно,
що завдання повної оцінки відповідних реакцій біологічних систем на зміни клімату не
може бути реалізовано. Тому необхідний обґрунтований вибір найбільш значимих та ін-
формативних елементів, доступних для досить докладних досліджень.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1 123
Універсальними і придатними модельними об'єктами моніторингу реакцій екосис-
тем на динаміку клімату можуть бути дрібні ссавці. Це визначається їх тісними зв'язками з
різними компонентами екосистем і активною участю в основних формах біогенного круго-
вороту. Загальновідомими є висока чутливість дрібних ссавців до змін середовища, широ-
кий набір адаптацій і здатність до швидкої їх реалізації в умовах, що постійно змінюються.
Важливою властивістю є чітко виражені циклічні коливальні процеси в популяціях дріб-
них ссавців, що дозволяють враховувати різноманітні стани біосистем. Дана група також
доступна для різного роду природних і лабораторних експериментів, що дозволяє розроб-
ляти методи біотестування. Таким чином, перераховані вище особливості дозволяють вва-
жати дрібних ссавців універсальними об'єктами біологічного моніторингу, в тому числі і в
плані оцінки і прогнозування стану екосистем у відповідь на зміни клімату [11, 12]. Тому
вимогою до МІС є опис залежності чисельності популяції зайця сірого на території НПП
«Вижницький» від кліматичних умов.
На другому етапі формування МІС визначаються кількість рівнів перетворення ін-
формації та локальні завдання для кожного із рівнів. У цьому випадку необхідно сформу-
вати два рівні перетворення інформації. На першому рівні ознаки стану екосистеми перет-
ворюються в числові характеристики за результатами спостережень. Засобами є вимірюва-
льні прилади для визначення характеристик клімату, експерт для визначення характерис-
тик популяції зайця сірого та методичне забезпечення цих процесів.
На другому рівні інформація перетворюється від форми масиву чисельних характе-
ристик до форми аналітичних моделей, у структурі яких відображено зміну кількості по-
пуляції об’єктів біологічного моніторингу залежно від характеристик кліматичних умов.
У табл. 1 подані ознаки, чисельні характеристики яких отримані в результаті реалі-
зації першого рівня моніторингу на території НПП «Вижницький» впродовж 2003–2013 рр.
Вони використовуються як складові первинного опису об’єктів моніторингу та як змінні в
процесі синтезу моделей другого рівня.
Таблиця 1. Перелік ознак масиву вхідних даних
№ Назва ознаки Змінні
1 Заєць сірий, особин y1
2 Олень благородний, особин y2
3 Козуля європейська, особин y3
4 Свиня дика, особин y4
5 Лисиця, особин y5
6 Куниця лісова, особин y6
7 Борсук, особин y7
8 Білка звичайна карпатська, особин y8
9 Видра річкова, особин y9
10 Тхір чорний, особин y10
11 Кіт лісовий, особин y11
12 Куріпка сіра, особин y12
13 Рись звичайна, особин y13
14 Голуб сизий, особин y14
15 Вовк, особин y15
16 Час, рік x1
17 Температура повітря середньодобова по місяцях, град. x2-x13
18 Температура повітря мінімальна за добу по місяцях, град. x14-x25
19 Температура повітря максимальна за добу по місяцях, град. x26-x37
20 Опади, середньодобовий показник по місяцях, мм x38-x49
124 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1
Продовж. табл. 1
21
Середній градієнт температури повітря середньодобової по місяцях,
град.
x50-x61
22
Середній градієнт температури повітря максимальної добовий по мі-
сяцях, град.
x62-x73
23
Середній градієнт температури повітря мінімальної добовий по міся-
цях, град.
x74-x85
Ознаки 1–15 використовуються як залежні змінні (модельовані показники) множи-
ни Y:
1 2 15{ , , ..., }Y y y y . (1)
Ознаки 16–23 є незалежними змінними і утворюють множину X:
1 2 8{ , , ..., }X x x x . (2)
Для встановлення характеру впливу погодно-кліматичних факторів на популяцію
об’єктів біологічного моніторингу розв’язувалась задача ідентифікації функціональної за-
лежності:
( )Y f X . (3)
У цій роботі подані результати досліджень, метою яких було встановлення характе-
ру впливу погодно-кліматичних факторів на популяцію зайця сірого за допомогою МІС
національного парку «Вижницький». Для кліматичної характеристики досліджуваної тери-
торії використовувались дані спостережень метеопосту на території дирекції НПП «Виж-
ницький». Як досліджувані показники використовували середньодобову, мінімальну та
максимальну температуру повітря кожного місяця та їх градієнти, а також середньомісяч-
ну кількість опадів. Зазначені показники використовувались як незалежні змінні.
Водночас, найбільш доступною для дослідження інтегральною характеристикою
популяції є її чисельність, з якою тісним чином пов’язано багато інших параметрів. Відпо-
відно, саме цей показник був обраний як залежна змінна. Таким чином, необхідно
розв’язати задачу ідентифікації:
1 1 2 8( , , ..., )y f x x x . (4)
На третьому етапі побудови МІС відбувається формування структури її підсистеми
перетворення інформації. Використовуються метод висхідного синтезу моделей та інстру-
менти інформаційної системи багаторівневого перетворення даних [1]. Відповідно до за-
даних залежних та незалежних змінних синтезуються моделі на кожному рівні перетво-
рення інформації, моделі окремого рівня поєднуються у страти. Вихідні сигнали моделей
нижньої страти утворюють масиви вхідних даних для синтезу моделей верхньої страти
[13].
Для синтезу моделей другого рівня перетворення інформації МІС НПП «Вижниць-
кий» використовувався багаторядний алгоритм МГУА [14]. У процесі синтезу моделі ви-
користовувались дані, отримані впродовж 2003-2010 рр. Для випробування моделі викори-
стані результати спостережень, отриманих впродовж 2011-2013 рр. Середня похибка моде-
лювання знаходиться в межах від 2,62 % до 5,27%. Такі результати дозволяють стверджу-
вати, що отримана модель є точною, стійкою. А це означає, що у структурі даної моделі
відображені відомості про тенденції, які можуть бути використані над системою, як корис-
ні.
Оскільки у структурі моделі міститься характеристика часу, то вона відображає за-
кономірність прогнозування. Крім того, дослідивши модель на чутливість до динаміки
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1 125
змінних множини X, можна оцінити впливовість факторів та описати закономірність асоці-
ації. Коефіцієнти впливовості факторів розраховуються за виразом [1]:
m
i
'
iy
y
W
1=
'
1
1 = , (5)
де '
1y – значення частинної похідної моделі по змінній 1x , m – кількість змінних, що увій-
шли до структури моделі.
Після підтвердження корисності отриманих моделей відбувається випробування
всієї підсистеми перетворення даних МІС у цілому шляхом експертної оцінки моніторин-
гової інформації на виході системи. В даному випадку проводимо експертну оцінку зако-
номірності асоціації, в результаті якої виявлені оцінки впливовості кліматичних умов на
популяцію зайця сірого.
Загалом, динаміку чисельності зайця сірого на території НПП «Вижницький» у
2002–2014 рр. можна охарактеризувати як стійку з достатньо яскраво вираженим періодом
коливання чисельності – 6 років (рис. 1), що підтверджується і літературними даними
[15, 16]. Зазвичай, для даного виду не характерна чітка залежність від запасу кормів. Про-
цес зміни чисельності популяції досить автономний і керується переважно внутрішніми
факторами. Зовнішні фактори, зокрема, погодно-кліматичні, найчастіше лише прискорю-
ють чи сповільнюють ці внутрішньопопуляційні зміни.
Initial & Reconstructed Series
Книга1.xls [Лист1]; Var:Заєць сірий;
DECOMP.-K=7,Cent.(No); RECONSTR.-ET:(1,2);
Заєць сірий
Заєць сірий(recon.)
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
19,0
21,9
24,8
27,6
30,5
33,4
36,3
39,1
42,0
Рис. 1. Часовий ряд чисельності Lepus europaeus Pall (вхідні дані та апроксимована крива)
Аналіз літературних даних дозволяє стверджувати, що найбільш важливими погод-
но-кліматичними факторами, які можуть впливати на чисельність популяції зайців, є висо-
та снігового покриву, температура повітря, тривалість безморозного періоду, кількість
опадів. Температура повітря переважно впливає на виживання першого весняного виводку
[15, 17, 18]. У той же час тепла тривала осінь сприяє появі та виживанню пізніх виводків.
Коливання температури в кінці зими та на початку весни обумовлюють виживання першо-
го виводку. Несприятливими є зимові відлиги, що спричиняють передчасне спарювання.
Щодо кількості опадів, то її вплив може бути як негативним, так і позитивним [16–19]. Зо-
крема, загибель зайченят найчастіше спостерігається після дощової весни та посушливого
літа.
У табл. 2 подані результати дослідження моделі.
Таблиця 2. Впливовість змінних моделі та напрям впливу
З
м
ін
н
а
В
аг
а,
%
З
м
ін
а
ф
у
н
к
ц
ії
З
м
ін
н
а
В
аг
а,
%
З
м
ін
а
ф
у
н
к
ц
ії
З
м
ін
н
а
В
аг
а,
%
З
м
ін
а
ф
у
н
к
ц
ії
З
м
ін
н
а
В
аг
а,
%
З
м
ін
а
ф
у
н
к
ц
ії
x1 0,00 Без змін x12 0,00 Без змін x37 0,00 Без змін x62 0,00 Без змін
y2 9,38 Спадає x13 0,00 Без змін x38 0,00 Без змін x63 0,00 Без змін
y3 0,00 Без змін x14 0,00 Без змін x39 0,00 Без змін x64 0,00 Без змін
126 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1
Продовж. табл. 2
y4 0,00 Без змін x15 0,00 Без змін x40 0,00 Без змін x65 0,00 Без змін
y5 0,00 Без змін x16 0,00 Без змін x41 0,12 Зростає x66 0,00 Без змін
y6 0,00 Без змін x17 2,01 Спадає x42 0,00 Без змін x67 0,00 Без змін
y7 0,00 Без змін x18 0,00 Без змін x43 0,00 Без змін x68 0,00 Без змін
y8 0,00 Без змін x19 0,00 Без змін x44 3,43 Спадає x69 0,00 Без змін
y9 0,00 Без змін x20 0,00 Без змін x45 0,00 Без змін x70 0,00 Без змін
y10 0,00 Без змін x21 0,00 Без змін x46 46,55 Зростає x71 0,00 Без змін
y11 0,00 Без змін x22 0,00 Без змін x47 0,00 Без змін x72 0,00 Без змін
y12 0,03 Спадає x23 0,00 Без змін x48 0,00 Без змін x73 0,00 Без змін
y13 0,00 Без змін x24 0,02 Зростає x49 0,00 Без змін x74 0,00 Без змін
y14 0,00 Без змін x25 0,00 Без змін x50 0,00 Без змін x75 0,00 Без змін
y15 0,00 Без змін x26 0,00 Без змін x51 0,14 Спадає x76 0,00 Без змін
x2 0,00 Без змін x27 0,00 Без змін x52 0,00 Без змін x77 0,00 Без змін
x3 0,00 Без змін x28 0,00 Без змін x53 0,00 Без змін x78 0,00 Без змін
x4 0,00 Без змін x29 0,00 Без змін x54 0,00 Без змін x79 0,00 Без змін
x5 0,00 Без змін x30 0,00 Без змін x55 2,87 Спадає x80 0,00 Без змін
x6 0,00 Без змін x31 0,00 Без змін x56 0,00 Без змін x81 0,00 Без змін
x7 0,00 Без змін x32 0,00 Без змін x57 0,00 Без змін x82 0,00 Без змін
x8 0,00 Без змін x33 0,00 Без змін x58 0,00 Без змін x83 5,77 Зростає
x9 0,00 Без змін x34 26,80 Спадає x59 0,00 Без змін x84 0,00 Без змін
x10 0,00 Без змін x35 2,89 Зростає x60 0,00 Без змін x85 0,00 Без змін
x11 0,00 Без змін x36 0,00 Без змін x61 0,00 Без змін
За результатами дослідження моделі з усіх досліджуваних факторів був встановле-
ний достовірний вплив на чисельність зайців лише двох з них: максимальна температура
повітря (x34) та кількість опадів (x46) у вересні. Причому, для першого із зазначених факто-
рів встановлено наявність зворотного впливу, тобто зниження максимальної температури
повітря у вересні сприяє збільшенню чисельності тварин досліджуваного виду. Крім того,
прямий вплив на чисельність зайців має збільшення кількості опадів у вересні.
Зосередження результуючих показників саме у вересні може мати кілька причин:
саме цього місяця у Lepus europaeus Pall. народжується останній виводок дитинчат, а та-
кож можуть розпочинатись локальні міграції та линька, що може залежати як від тривало-
сті світлового дня, так і від температури повітря [17, 19].
Особливої уваги заслуговує і стійкість зміни обох досліджуваних факторів впро-
довж досліджуваного періоду: максимальна температура повітря завжди характеризується
зниженням, тоді як кількість опадів – зростанням показників. Також варто відзначити аб-
солютні значення вагових коефіцієнтів. Для обох досліджуваних факторів вони є суттєво
більшими 10%, що свідчить про їх значний вплив на результуючий показник. При цьому
вагові коефіцієнти для фактора опадів приблизно у 2 рази перевищують значення коефіці-
єнтів для фактора максимальної температури вересня.
Однак, безпосередньо пов’язувати зміни чисельності популяції зайців парку тільки
з виявленими факторами було б неправильним. Важливим моментом при дослідженні від-
повідей відкритих систем, якою є і популяція, на зовнішні подразники є необхідність вра-
хування ефекту «запізнення», що широко відомий для біологічних систем [20, 21]. Зміна
темпів розмноження популяції має адаптивний характер. За способом дії – це від’ємні зво-
ротні зв’язки, як і стабілізують популяцію. Але через нерівновагу, що постійно виникає
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1 127
між популяцією та середовищем перш за все через інерцію біологічних систем, що вира-
жається у вигляді реакції затримки на зовнішні впливи (так званий лаг-ефект), природний
добір постійно коригує плодючість [22].
5. Висновки і пропозиції
На прикладі НПП «Вижницький» подані результати використання інформаційної системи
багаторівневого моніторингу для виявлення тенденцій впливу кліматичних умов на чисе-
льність популяції об’єктів біологічного моніторингу. Доведена ефективність використання
динаміки популяцій дрібних ссавців (наприклад, зайця сірого) як одного з показників мо-
ніторингу локальних змін клімату. Встановлено зворотний вплив максимальної температу-
ри повітря та прямий вплив кількості опадів у вересні місяці на чисельність популяції зай-
ця сірого. Таким чином, використання моніторингових інформаційних систем дозволяє ав-
томатизувати рутинні роботи та виділяти індивідуальну впливовість факторів в умовах ба-
гатофакторності довкілля.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Голуб С.В. Багаторівневе моделювання в технологіях моніторингу оточуючого середовища / Го-
луб С.В. – Черкаси: Вид. від. ЧНУ імені Богдана Хмельницького, 2007. – 220 с.
2. Дюк В.А. Формування знань у системах штучного інтелекту: геометричний підхід / В.А. Дюк //
Вісник академії технічної творчості. – 1996. – № 2. – С. 46 – 67.
3. Пількевич І.А. Математическая модель динамики популяций животного мира: зб. наук. пр. /
І.А. Пількевич, О.В. Маєвський // ИПМЭ НАНУ. Моделювання та інформаційні технології. – 2011.
– № 59. – С. 32 – 41.
4. Пількевич І.А. Математичне моделювання динаміки популяцій / Пількевич І.А. – Житомир: Вид-
во ЖДУ ім. І. Франка, 2010. – 87 с.
5. Маевский А.В. Математическое моделирование динамики популяций / А.В. Маевский, И.А. Пи-
лькевич // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2010. – № 3/6 (45). – С. 50 – 53.
6. Пількевич І.А. Теоретичне обґрунтування моделі динаміки популяцій Лоткі-Вольтерра /
І.А. Пількевич, О.В. Маєвський // Вісник ЖДТУ. – 2010. – № 3 (54). – С. 79 – 83.
7. Пількевич І.А. Екологія: динаміка популяцій: зб. наук. пр. / І.А. Пількевич, В.І. Котков, О.В. Ма-
євський // Подільський державний аграрно-технічний університет. Спец. вип. до V міжнар. наук.-
практ. конф. «Сучасні проблеми збалансованого природокористування». – Кам'янець-Подільський,
2010. – С. 15 – 19.
8. Пількевич І.А. Математические модели динамики популяций копытных животных, обитающих в
охотничьих хазяйствах Украины: зб. наук. пр. / І.А. Пількевич, О.В. Маєвський // Донецький дер-
жавний університет управління. – (Серія «Державне управління»). – 2011. – Т. XII, № 181. – С. 41 –
51.
9. Кудрявцева Т.В. Роль климатических факторов в размещении населения и динамике численнос-
ти зайца-русака (Lepus europaeus Pall.) на юге Средней Сибири / Т.В. Кудрявцева, М.Н. Смирнов //
Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2008. – Вып. 3. – С. 148 – 153.
10. Федюшко М.П. Вплив пестицидів на чисельність зайця-русака в Північному Приазов’ї /
М.П. Федюшко // Биологический вестник Мелитопольского государственного педагогического
университета имени Богдана Хмельницкого. – 2013. – № 2 (8). – С. 289 – 295.
11. Гашев С.Н. Динамика численности мелких млекопитающих и особенности ее прогнозирования
в экологическом мониторинге / С.Н. Гашев // Вестник Тюменского государственного университета.
– 2013. – № 12. – С. 140 – 150.
12. Истомин А.В. Климатические флуктуации и популяционная динамика ценозообразующих ви-
дов в эталонных лесных экосистемах Главного Русского водораздела / А.В. Истомин // Вестник
Псковского государственного педагогического университета. – (Серия “Естественные и физико-
математические науки»). – Псков, 2007. – Вып. 2. – С. 45 – 61.
128 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2016, № 1
13. Голуб С.В. Формування структури страт в інформаційній системі соціогігієнічного моніторингу
/ С.В. Голуб, В.Ю. Немченко // Системи обробки інформації: зб. наук. пр. – Х.: Харківський уні-
верситет повітряних сил імені Івана Кожедуба, 2015. – Вип. 5 (130). – С. 70 – 73.
14. Ивахненко А.Г. Самоорганизация прогнозирующих моделей / А.Г. Ивахненко, Й.А.К. Мюллер.
– Киев: Наукова думка, 1985. – 221 с.
15. Колосов А.М. Биология зайца-русака / А.М. Колосов, Н.Н. Бакеев. – М.: Изд-во МОИП, 1947. –
103 с.
16. Наумов С.П. Экология зайца-беляка / Наумов С.П. – М., 1947. – 208 с.
17. Кириллов Ю. Заяц-русак на Украине / Ю. Кириллов // Охота и охотничье хозяйство. – 1956. –
№ 10. – С. 25.
18. Мигулин А.А. Заяц-русак в лесостепи и степи Украины / А.А. Мигулин // Развитие охотничьего
хозяйства Украинской ССР. – Киев, 1973. – С. 216 – 218.
19. Петров П. О коэффициенте реального прироста зайца-русака и обуславливающих его факторах
/ П. Петров // Материалы VII конгресса междунар. союза науч. работников по охотоведению. –
Белград: Kosmos, 1967. – С. 377 – 381.
20. Ризниченко Г.Ю. Математические модели в биофизике и экологии / Ризниченко Г.Ю. – Моск-
ва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». Центр компьютерных исследований, 2003.
– 184 с.
21. Murray J.D. Mathematical biology. An introduction / Murray J.D. – New York-Berlin: Springer, 2002.
– 576 p.
22. Биологическая кибернетика: учебн. пособ. для университетов / А.Б. Коган, Н.П. Наумов,
В.Г. Режабек, О.Г. Чораян. – М.: Высшая школа, 1972. – 384 с.
Стаття надійшла до редакції 10.12.2015
|