Частнонаучные методы исследования

Оглавление

Оглавление. 2

Введение. 3

1. Общенаучные методы исследования. 4

1.1 Моделирование. 4

1.2 Системный метод. 5

1.3 Математические методы.. 6

2. Частнонаучные методы исследования. 8

2.1 Сравнительный метод. 8

2.2 Картографический метод. 9

2.3 Исторический метод. 12

2.4 Геоинформационные системы.. 14

2.5 Аэрофотометоды.. 15

2.6 Космические методы.. 16

2.7 Фенологические наблюдения. 17

Заключение. 20

Литература. 21

Введение

При решении теоретических проблем и практических задач в биогеографии используется широкий арсенал географических методов, среди которых важнейшую роль играют сравнительно-географический и картографический методы; при этом требуется также глубокое знание биологических свойств и экологии растительных и животных организмов, умение широко использовать данные о специфике взаимодействий организмов и сообществ друг с другом и со средой [1].

Существуют общенаучные методы и частнонаучные методы, которые использует каждая наук, в том числе и биогеография.

Общенаучные методы, которые используются в различных областях науки, т.е. имеют широкий, междисциплинарный спектр применения. К ним относятся:

1) моделирование;

2) системный анализ;

3) математический.

Частнонаучные (специфические) - это методы, используемые только в какой-то конкретной науке. Среди них важное значение имеют сравнительный, картографический, исторический, создание геоинформационных систем.

Общенаучные методы исследования

Моделирование

Моделирование процессов, связей, явлений широко применяется в биогеографии. Стремясь к систематичности, географы во все времена исключали из поля зрения часть явлений. В последние 10-летия это делается сознательно, что и является, по сути, моделированием: ведь когда учёные "отбирают" только главные черты действительности, им становиться более ясной и понятной её структура, механизм развития [6].

Моделирование - упрощённое воспроизведение реальности, описывающее в обобщённой форме её существенные черты и взаимосвязи, широко используется в современной географии [6].

Математическое моделирование в экологии сообществ – достаточно обширная область исследования и по выбору объектов моделирования, и по набору методов, и по спектру решаемых задач. Предлагаемый читателю обзор не претендует на охват всех аспектов моделирования. Внимание авторов обращено на два класса методов: моделирование с помощью дифференциальных уравнений и методы, основывающиеся на экстремальных принципах биологии. Если примеры вариационных моделей относятся к довольно широкому кругу растительных и животных сообществ, то для подходов, основанных на дифференциальных уравнениях, в виду обширности материала внимание сконцентрировано на моделировании сообществ микроорганизмов [6].

Модели каждого из методов, безусловно, обладают своими достоинствами и недостатками. Так, дифференциальные или разностные уравнения позволяют описывать динамику процессов в режиме реального времени, тогда как вариационные методы, как правило, предсказывают лишь конечное стационарное состояние сообщества. Но на пути имитаций с помощью уравнений возникают трудности как принципиального, так и технического характера. Принципиальная трудность состоит в том, что не существует систематических правил вывода самих уравнений. Процедуры их составления основываются на полуэмпирических закономерностях, правдоподобных рассуждениях, аналогиях и искусстве модельера. Технические трудности связаны с высокой размерностью задач по моделированию сообществ. Для существенно многовидовых сообществ, потребляющих многочисленные ресурсы, требуется подбор сотен коэффициентов и анализ систем из десятков уравнений [4].

В зависимости от цели моделирования, можно выделить два типа моделей: дескриптивные модели и модели поведения [4].

Дескриптивная модель позволяет получить информацию о взаимосвязях между наиболее важными переменными экосистемы. Реализуется такой тип модели методами стохастического моделирования, основанного на инструментах теории вероятностей и математической статистики. Разделяют статические методы, не учитывающие время в качестве переменной (простая и множественная линейная и нелинейная корреляция и регрессия; дисперсионный, дискриминантный и факторный виды анализа, методы оценки параметров), и динамические методы, которые учитывают временную переменную (анализ Фурье, корреляционный и спектральный анализ, весовые и передаточные функции) [4].

Модели поведения описывают системы во время переходного периода от одного состояния к другому. Для осуществления этой категории моделей изучают: 1) структуру сигналов на входе и выходе системы; 2) реакцию системы на особые проверочные сигналы; 3) внутреннюю структуру системы. Последний пункт реализуется аналитическим моделированием, в основе которого лежат дифференциальные уравнения, описывающие причинно-следственные связи в экосистеме [4].

Системный метод

"Природу нужно рассматривать как целое, если мы хотим понять детали". (Докучаев, Берг, Баранский, Саушкин). Л.Берталанфи - творец системного подхода - в конце 40-х гг. писал: "Система есть комплекс элементов, находящихся во взаимосвязи" [6].

К числу важнейших понятий теории систем относятся: целостность, структура, саморегулирование, устойчивость. Системный поход позволяет не только по-новому взглянуть на объект как на целое, но и охарактеризовать его количественно, создать его графическую модель. В этом состоит практическое значение системной методологии [6].

В 60-70 гг. XX в. в географические исследования стал проникать системный подход, основанный на общей теории систем. Появились работы А.Д. Арманда, В.С. Преображенского, Ю.Г. Пузаченко, А.Ю. Ретеюма, А.Г. Исаченко, В.Н. Солнцева, Ю.Г. Саушкина и др. (за рубежом ещё раньше в США, Швейцарии - Д. Харвей, Р. Чорли). Такое внимание не случайно. Ведь в реальной действительности любая система (целостный комплекс взаимосвязанных элементов) является бесконечно сложной и мы можем изучать лишь систему, полученную в результате некоторой абстракции от реальной системы. Системный подход применим к широкому географических проблем как в статистике (анализ элементов, образующих систему, их взаимоотношения, структуру), так и в динамике (ретроспекция, прогнозирование изменений и спонтанных и целенаправленных). Позволяет оценить динамику развития сообществ живых организмов во времени и в пространстве, а также взаимодействие их с окружающей природной средой [6].

Математические методы

Очевидно необходимы и математические методы. В науке они были вызваны к жизни стремлением как-то выразить "в числе и мере" бесконечного сочетания объектов природы, населения, хозяйства на определённых территориях. Но математические методы в географии особенно успешно применимы при определённой однородности пространства, что встречается редко [6].

В 60-е гг. некоторые географы рассмотрели внедрение в географию "количественных" математических методов как столбовую дорогу её развития. Это получило название "количественной революции" в географии, а её сторонники называли себя "количественниками". Но уже в 70-е начинается откат, т.к. очевидна вся сложность предметного отражения всего многообразия пространства и его элементов только методами математики [6].

Кроме методов математической статистики и теории вероятности, широко используемых в настоящее время в физической географии, применяются также математический анализ, теория множеств, теория графов, матричная алгебра и др. Особенно большие надежды возлагаются на использование теоретико-информационных методов и кибернетики [4].

До сих пор еще в географии наиболее широко используются вероятностно-статистические методы, необходимые для анализа протоколов наблюдений и систематизации фактических данных, т.е. на эмпирическом уровне познания. Однако при переходе на теоретический уровень для обобщений и выявления основных закономерностей географы все больше начинают использовать математический и векторный анализ, теорию информации и теорию множеств, теорию графов и теорию распознавания образов, теорию вероятности и теорию конечных автоматов. При этом резко возрастает роль таких познавательных операций, как идеализация, абстракция, гипотеза. Получение результатов исследования в виде карт, графиков, математических формул и т.д. по сути дела уже является моделированием [4].

Фундаментальные знания о закономерностях функционирования естественных надорганизменных систем добывают не только в специально организованных и спланированных экспериментах, но и путем анализа данных экологического мониторинга, полученных с помощью стандартных методик. Эти данные накапливаются десятилетиями, могут охватывать большие территории, но не всегда удовлетворяют требованиям метрологии, статистической воспроизводимости и другим условиям, которые позволили бы обоснованно использовать для их анализа традиционные методы математической статистики [4].

Анализ экологической литературы последних лет показывает, что при анализе многомерных массивов данных, получаемых в ходе исследования природных экосистем, чаще всего применяются либо классические статистические методы, такие как дисперсионный и регрессионный анализ, либо методы, лишь формально относящиеся к статистическим: факторный анализ, кластер-анализ, многомерное шкалирование. Благодаря тому, что для всех этих методов в настоящее время имеются пакеты прикладных вычислительных программ (например SYSTAT, SPSS, STATISTICA и др.), эти методы стали доступны для широкого круга экологов, как правило не имеющих адекватной математико-статистической подготовки. Между тем применимость указанных методов к анализу данных экологических наблюдений (экологического мониторинга), относящихся к категории т.н. "пассивных экспериментов", представляется достаточно проблематичной [4].

Дальнейшие перспективы развития теоретического уровня в географии связаны с использованием математических и логических методов, а также методов моделирования и кибернетики [6].

Частнонаучные методы исследования

Сравнительный метод

Как отмечал Гетнер: "Сравнение - один из основных логических приёмов познания... познание любого предмета и явления начинается с того, что мы отличаем его от всех других предметов и устанавливаем сходства его с родственными предметами" [3].

Метод сравнения - один из старейших традиционных методов в науке. Он важен потому, что даёт возможность более полно и глубоко уяснить многообразие форм сообществ живых организмов в индивидуальном развитии и в связи с окружающей средой. Цель сравнений - в установлении количественных и качественных показателей, их описании и анализе для получения выводов о пространственно-временной структуре природно-территориальных систем, сообществ, их функционировании, состоянии и потенциале [3].

Сравнительный метод подразделяется на:

· собственно сравнительно-географический (применяется при выявлении и отображении качественных и количественных различий одноимённых объектов и явлений);

· географическое сопоставление (проводиться по составу, структурным связям, генезису, типу функционирования);

· сравнение соответствия теоретической модели объективному развитию географических объектов (используется для установления закономерностей пространственной дифференциации объектов, изучения их динамики и развития) [3].

Практические цели биогеографии тесно смыкаются с задачами общей экологии и наук о Земле. Специфика биогеографии состоит, с одной стороны, в получении комплексных, сопряженных данных об органическом мире той или иной территории, а с другой – в сравнительно-географическом подходе к анализу и интерпретации этих данных. С его помощью биогеография способна в принципе прогнозировать результаты различных планируемых и случайных воздействий на биосферу. При этом биогеография выступает как бы в качестве наблюдателя и толкователя экспериментов, поставленных самой природой. Специально ставить такие эксперименты чаще всего нельзя – это либо рискованно для биосферы, либо требует многих сотен и даже тысяч лет для получения результата [3].

Наиболее разработанными частными дисциплинами биогеографии являются зоогеография и фитогеография (география растений, ботаническая география, геоботаника). География микроорганизмов находится на стадии становления по причине трудности изучения самого объекта [3].

Зоогеография и фитогеография четко различаются по объектам, но процессы, определяющие закономерности распределения для животных и растений, имеют много общего. Отсюда вытекает и принципиальное сходство целей и методов для этих биогеографических дисциплин, их синтез в рамках единой науки [3].

Биогеографический синтез наиболее оправдан в тех разделах частных дисциплин, которые занимаются исследованием распределения комплексов организмов по территории и закономерностей этого распределения. Далее следует задача объяснения выявленных закономерностей, что требует знания современных и прошлых взаимодействий между разными группами организмов, между ними и средой. Таким образом, логически осуществляется переход к сравнительно-географи­ческому исследованию сообществ и экосистем разного ранга, что и представляется основой биогеографической методологии. Реально исследователь имеет дело лишь с ограниченным набором видов или групп, однако и здесь необходимо осмысливать материал в биогеоценотическом и экосистемном плане [3].

Сравнительно-географический метод при творческом использовании даёт возможность анализировать черты сходства далёких друг от друга и совершенно непохожих территорий [6].

К сравнительному методу в определённой степени примыкает широко используемый в различных науках метод аналогов. Он состоит в том, что знания и данные о каком-либо географическом объекте выводятся из уже сложившихся представлений о другом, нередко сходном объекте (территории) [6].

Поиск по сайту: