Географическое прогнозирование и его значение

Прогнозирование состояния природной среды - необходимое условие решения задач рационального природопользования. Особое значение имеет географическое прогнозирование, так как оно является комплексным и предполагает оценку динамики природных и природно-хозяйственных систем в будущем с использованием как компонентных, так и интегральных показателей.

Под географическим прогнозированием понимается разработка научно обоснованных суждений о состоянии и тенденциях развития природной среды в будущем для принятия решений по ее рациональному использованию. Можно определить это направление географических исследований и проще - как предвидение будущего состояния природной среды. В его разработку внесли большой вклад труды И.П. Герасимова, Т.В. Звонковой, В.Б. Сочавы, Ф.Н. Милькова, А.Г. Исаченко, А.Г. Емельянова, Н.И. Коронкевича, К.Н. Дьяконова и др. исследователей.

Прогнозы классифицируются: 1) на компонентные (отраслевые) - гидрологические, метеорологические, почвенные и др.; комплексные - оценивается динамика состояния природного комплекса в целом; 2) на локальные (пространственный масштаб от нескольких квадратных километров до нескольких тысяч квадратных километров), региональные (от нескольких тысяч квадратных километров до сотен тысяч квадратных километров), глобальные (от сотен тысяч квадратных километров до территориального уровня систем образующих географическую оболочку); 3) на краткосрочные (временной масштаб от нескольких часов до нескольких суток); среднесрочные (от нескольких суток до года); долгосрочные (от года до столетий и тысячелетий).

К наиболее разработанным методам прогнозирования природной среды можно отнести методы физико-географической экстраполяции, физико-географических аналогий, ландшафтно-генетических рядов, функциональных зависимостей, экспертных оценок. Системно они изложены в работе А.Г. Емельянова. Основываясь на этой публикации, рассмотрим кратко сущность этих методов.

Метод физико-географической экстраполяции базируется на распространении ранее выявленных направлений развития природного комплекса, на его пространственно-временную динамику в будущем. Метод физико-географических аналогий основывается на том положении, что закономерности развития процесса, выявленные в условиях одного природного комплекса (аналога), с определенными поправками переносятся на другой, находящийся в идентичных условиях с первым. Метод ландшафтно-генетических рядов основывается на том, что закономерности развития, установленные для пространственных изменений природных процессов, могут быть перенесены на их временную динамику, и наоборот. Метод функциональных зависимостей основывается на выявлении факторов, определяющих динамику прогнозируемого процесса, и нахождение связей между ними и показателями процесса. Метод экспертных оценок заключается в определении будущего состояния прогнозируемого объекта посредством изучения мнений различных специалистов (экспертов).

В настоящее время для решения прогнозных задач все большее применение находит метод имитационного моделирования. Он основывается на построении имитационной математической модели, отражающей пространственно-временные связи природных комплексов, и ее компьютерной реализации. Прогнозные расчеты проводятся следующим образом. На входы модели задаются воздействия: 1) из региональных прогнозов изменения природных условий; 2) из долгосрочной программы экономического развития территории. На выходах модели получаем прогноз состояния природной среды.

Применение этого метода рассмотрим на примере прогнозирования геоэкологических последствий изменений регионального климата. Исследование проведено с использованием модели бассейново-ландшафтной системы, построенной для природно-хозяйственных условий бассейна р. Преголи - главной водной артерии Калининградской области.

Модель включает уравнения водного баланса, зависимость фитомассы и урожайности сельскохозяйственной растительности (на примере озимой пшеницы) от гидротермических условий, почвенного плодородия, внесения органических и минеральных удобрений, балансы фитомассы лесной растительности, гумуса, азота и фосфора в почвенном покрове, азота и фосфора в подземных и речных водах, а также уравнение связей между балансами. Она предназначена для расчетов изменений природной среды в ретроспективе и перспективе десятилетий и столетий. Расчеты приводятся для периода времени с 1995 - 2025 гг., в рамках которого разработаны научно обоснованные сценарии изменения климата и составляют программы регионального развития.

В качестве сценария на входы модели задается линейное увеличение к 2025 г. среднегодовой температуры воздуха на 1°С и годового количества осадков на 50 мм по сравнению с современными значениями. Эти данные соответствуют разработкам по изменению климатических условий для территории Калининградской области. Анализ результатов моделирования показал следующие изменения компонентов бассейново-ландшафтной системы р. Преголи.

Лесной растительный и почвенный покров. Лесная фитомасса увеличивается к концу расчетного периода. Показатели почвенного покрова: содержание гумуса, азота и фосфора испытывают противоположные изменения. Незначительное уменьшение этих величин, вероятно, связано с повышением их ассимиляции прирастающей фитомассой лесной растительности, а также увеличением поверхностного стока и инфильтрации.

Сельскохозяйственный растительный и почвенный покров. Фитомасса и урожайность сельскохозяйственной растительности (на примере зерновых культур) также повышается к концу расчетного периода. Содержание гумуса, азота и фосфора в почве снижается. Уменьшение этих веществ в почве связано с увеличением их выноса с урожаем, поверхностным смывом и инфильтрацией.

Речные и подземные воды. Расход речных вод и уровень подземных вод повышается к концу расчетного периода, что подтверждает более значительное влияние увлажнения климата на бассейново-ландшафтную систему. Отмечается тенденция увеличения содержания азота и фосфора в водах, что объясняется увеличением поступления этих веществ с поверхностным смывом и инфильтрацией.

Геоэкологические последствия реализации сценария регионального потепления и увлажнения климата не поддаются однозначной оценке. Как положительные можно оценить изменения следующих параметров. Увеличивается продуктивность и фитомасса лесного растительного покрова. Это, вероятно, будет происходить за счет повышения доли широколиственных пород, что приведет к большему геоботаническому разнообразию и увеличению средоформирующих и ресурсоформирующих функций лесных геосистем. Повышение урожайности сельскохозяйственной растительности (на примере озимой пшеницы) за счет потепления и увлажнения регионального климата на 2 ц/га адекватно такому увеличению за счет увеличения норм внесения минеральных азотных и фосфорных удобрений в 1,2 - 1,3 раза по сравнению с нормами внесения на поля Калининградской области. Учет этого обстоятельства позволит сэкономить финансовые средства на более рациональном использовании удобрений и уменьшить азотно-фосфорное загрязнение природной среды. В то же время в связи с увеличением выноса питательных веществ из почвы с урожаем необходимо адекватное внесение удобрений с целью поддержания и повышения почвенного плодородия. Отмечается значительное повышение уровня подземных вод. Ландшафты озерно-ледниковых и приморских равнин, занимающих значительную площадь в Калининградской области и имеющих глубину залегания грунтовых вод 0,5 -1,5 м, могут подвергнуться заболачиванию. Учитывая, что 95% сельскохозяйственных земель и 80% площади лесов в регионе мелиорированы, повышение уровня подземных вод может перекрыть положительные следствия.

Результаты проведенного моделирования показывают необходимость тщательного учета в хозяйственной деятельности на территории Калининградской области геоэкологических последствий предстоящих климатических изменений. Требуется разработка продуманной системы мелиорации земель, повышения почвенного плодородия, лесоустройства и других направлений природопользования с учетом отмеченных последствий. Такой подход может быть использован и для других регионов. Приведенный пример иллюстрирует необходимость применения географического прогнозирования для решения проблем рационального природопользования.

* Децибел (дБ) - единица измерения уровня звукового давления шума.