Математические модели покажут, что будет с экосистемой через 100 лет

Европейский север интенсивно развивался в XX веке. И состояние экосистем Белого моря значительно ухудшалось из-за загрязняющих и эвтрофирующих веществ, поступавших в море с большого водосбора и атмосферных переносов.

За последние 30 лет в Белом море в десятки раз сократились объемы морского промысла водорослей, рыбы, морских млекопитающих. Ухудшились и условия жизни людей. Ситуация обострилась из-за ограничений при пандемии COVID-19, а затем и санкций в 2022 году, поскольку приморские и приграничные регионы были ориентированы на экспорт в европейские страны.

Улучшение состояния моря, рациональное использование его биологических, транспортных, энергетических, рекреационных и других ресурсов — очень важные задачи, но еще важнее благосостояние населения и снижение экологической нагрузки. Эти две характеристики определяют появившееся в конце XX века понятие устойчивого развития: экономический рост не должен ухудшать экологическую ситуацию и уровень жизни населения.

Различают слабую и сильную устойчивость. При слабой устойчивости экономический рост должен сопровождаться ростом уровня жизни и более медленным ростом загрязнений (производство растет быстрее, чем рост загрязнений). Для сильной устойчивости требования более жесткие: экономический рост должен сопровождаться снижением загрязнений и более быстрым ростом уровня жизни.

Для анализа последствий принимаемых решений для устойчивости развития были построены специальные математические модели, связывающие экономические, экологические и социальные показатели. На данных последнего двадцатилетия были определены параметры уравнений, которые использовались при расчетах по сценариям. На основе анализа развития Беломорья было предложено три группы сценариев — сырьевые (инерционный, рост добычи, организованное сжатие), диверсификационные (инновационный, туристический) и конфликтные (арктический конфликт, мировой конфликт с участием РФ).

Следующий шаг был связан с разработкой когнитивных моделей эколого-социо-экономической системы Беломорья. Идея создания когнитивных моделей заключается в попытке перенесения методов человеческого мышления на построение моделей в конкретной предметной области. Эта модель включает в себя данные по климату, водной и лесной экосистемам, сельскому хозяйству, экономике и демографии региона. Она позволит связать вместе эти ключевые факторы развития. Это важно, так как вместе эти сферы будут развиваться гораздо лучше, чем по отдельности.

Ученые продемонстрировали динамику элементов когнитивной модели за 100 лет. Оказалось, что при квазициклических колебаниях климата экономические параметры мало изменяются, в то же время они сказываются на уровне жизни населения. Заметные колебания при изменении климата отмечаются и в водной экосистеме Белого моря. Они сказываются на изменении температуры воды, вылове рыбы, биомассе фито- и зоопланктона, но мало влияют на изменения организмов, обитающих на морском дне.

Основной смысл экспериментов с когнитивными моделями заключается не в том, чтобы давать предостерегающие или многообещающие прогнозы развития рыбного хозяйства или демографических изменений в этом регионе, а в том, чтобы продемонстрировать возможности согласованной работы этой сложной системы, в которой должно учитываться множество факторов. Такая модель в сочетании с использованием методов теории искусственного интеллекта позволит найти оптимальные стратегии природопользования, для того чтобы сохранить устойчивое развитие этого региона.

Павел Дружинин, доктор экономических наук, ведущий научный сотрудник Института экономики Карельского научного центра РАН, ФИЦ «Карельский научный центр РАН»;
Николай Филатов, доктор географических наук, профессор, чл.-корр. РАН, главный научный сотрудник Института водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, советник генерального директора ФИЦ «Карельский научный центр РАН»;
Владимир Меншуткин, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник Института проблем региональной экономики РАН, Санкт-Петербург