ИНДИКАТОРЫ И ИНДЕКСЫ ЭКОДИНАМИКИ ПРИБЛИЖЕНИЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА К ПРОБЛЕМЕ

ИНДИКАТОРЫ И ИНДЕКСЫ ЭКОДИНАМИКИ.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ И ИНДЕКСОВ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

А.А. Музалевский

СЗПИ, 191186, Санкт Петербург, ул. Миллионная, 5. Тел. 567-20-32.

E-mail: muzalev@hm.csa.ru

ВВЕДЕНИЕ

Обсуждавшаяся в 1992 году на второй конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро концепция экологически устойчивого развития нуждается в разнообразном информационном обеспечении. Это предполагает поиск и обоснование обобщенных показателей устойчивого развития, в том числе индикаторов и индексов, характеризующих состояние, динамику и взаимодействие экосистем всех уровней. Последнее означает также необходимость разработки показателей, оценивающих техногенное воздействие на экосистемы и контролирующих их состояние и качество.

Проблема индикаторов и индексов признана в настоящее время столь важной, что ряд стран (Кения, Бельгия, Англия, США и др.) открыли специальные институты, занимающиеся исключительно разработкой и обоснованием таких показателей. На Международном уровне образованы и успешно функционируют Комитет по экологическому моделированию (ISEM), Комитет по эйнвиронментальным (экологическим) индексам (1СЕ1) и ряд других организаций. Цель введения индикаторов и индексов - оценка ситуации (состояния, обстановки) по каким-то направлениям исследований, например, в экологическом аспекте, на основании которой для системы поддержки принятия решений должен быть дан прогноз возможного развития событий и разработаны рекомендации по обеспечению устойчивого развития.

Проблема экологических индикаторов и индексов устойчивого развития становится особенно актуальной в свете последних рекомендаций ЮНЕП и решений Международной конференции по экологическим проблемам крупных городов (Стамбул, 1996г.) по созданию специализированных "Экологических обсерваторий" как единого информационного Центра для слежения за экодинамикой в крупных городах и городах-мегаполисах, являющихся основными источниками экологической опасности.

В последнее время тема индикаторов и индексов устойчивого развития выделена в отдельное самостоятельное направление, которому посвящены специальные Международные Форумы. Иллюстрацией сказанного явилась прошедшие в 1997 - 1999 годах в Санкт-Петербурге 1-ой и 2-ой Международные конференции INDEX-97, INDEX-99, посвященные экологическим индикаторам и индексам.

В результате совместных усилий ученых многих стран мира при активном участии 58-го комитета СКОПЕ (ISEM) при ЮНЕП удалось достичь согласия относительно общих базовых свойств, которыми должны обладать индикаторы и индексы. Таковыми приняты:

1. чувствительность,

2. способность к агрегативности,

3. простота интерпретации,

4. научная обоснованность.

Однако существует неопределенность относительно определений, что такое индикатор и что такое индекс. Недостаточно четко проработан вопрос о соотношение между ними. Не существует также общих соглашений по размерности индикаторов и индексов, а также выбору шкалы их измерений, то есть о диапазоне изменения их численных значений. На сегодняшний день предложены некоторые исходные положения, которые носят общий характер, что затрудняет пользование ими для конкретных практических целей. Нет также никаких указаний или рекомендаций по поводу методологии отыскания, построения и обоснования индикаторов и индексов.

Именно по этим причинам в настоящее время отбор и построение индикаторов и индексов экодинамики происходит достаточно хаотически. Более того, наблюдается немало случаев, в которых индикаторы и индексы рассматриваются как тождественные понятия (показатели) и многие авторы применяют и то, и другое слово в одном и том же смысле. Такое положение дел неизбежно ведет к быстрому росту числа вводимых индикаторов и индексов, многие из которых таковыми не являются. Возникающие при этом разночтения, вследствие отсутствия унификации, не позволяют проводить сопоставления полученных результатов и, в конечном итоге, приносит мало пользы в практической деятельности по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

В последнее время сложилась практика отбора и формирования индикаторов в соответствии с иерархическими уровнями, к каковым относят: глобальный, региональный, национальный и локальный. В определенном смысле такой путь, опирающийся на некоторые критерии достаточно рационален. Однако следует отметить, что проработка критериев, на основе которых введенные показатели объявляются индикаторами или индексами, далека от своего завершения, а введенные величины, интерпретируемые как индикаторы, довольно часто не удовлетворяют четырем требованиям, сформулированным выше.

Действия в таком направлении, неизбежно приводят к "распылению" и резкому увеличению количества самих индикаторов, что еще больше затрудняет их определение. Это и наблюдается в действительности. Происходит потеря самого главного, ради чего собственно и вводятся индикаторы, а именно, вместо сжатия информации, происходит увеличение ее объема, а, значит, возрастает неопределенность. Кроме того, существенно падает возможность агрегирования индикаторов, даже относящихся к какой-то одной области исследования, теряется ясность и простота интерпретации, что снижает ценность информации, передаваемой лицу, принимающему решение.

Подобное положение дел приводит к ничем необоснованным весьма вольным интерпретациям давно известных величин и, прежде всего, физических и биологических. Например, в немалом числе работ, посвященных проблемам прикладной экологии, написанных представителями разных областей знания, давление, влажность и температура атмосферного воздуха интерпретируются как индикаторы, что, в общем, и неверно и нецелесообразно.

Удачно найденные индикаторы окружающей среды и индексы ее качества при соответствующем ранжировании позволяют перейти к разработке системы моделей с целью создания унифицированного методического аппарата, позволяющего математически обработать и получить компактную и генерализованную информацию о качестве окружающей среды, доведенную до числовых значений и удобную для графической и картографической визуализации, пригодную на данном уровне для передачи в систему поддержки принятия решений.

На каждом из четырех иерархических уровней социально-экономическое развитие общества определяются группой факторов, среди которых наиболее значимыми являются:

- экологические (включая естественные природные процессы и явления и антропогенно обусловленные нарушения природной среды);

- экономические;

- социальные.

В настоящем сообщении внимание сосредоточено на методологических аспектах проблемы индикаторов и индексов экодинамики, в том числе индексах качества, пригодных для описания экологического состояния и качества трех главных компонентов окружающей среды - атмосферного воздуха, воды и подстилающей поверхности. Проведен анализ терминологии, предложены определения индикатора и индекса, установлена взаимосвязь между этими величинами. Обсуждены вопросы размерности индикаторов и индексов, выборе шкалы для их измерения. Предложена классификация индикаторов и индексов, даны определения всех введенных величин.

1. Смысловое содержание и определение индикаторов экодинамики

Широко применяемые в настоящее время в различных областях человеческой деятельности понятия индикатора и индекса существуют достаточно давно. В связи с сравнительно недавним проникновением этих терминов в прикладную экологию [1,2], представляется уместным обсудить смысловое содержание и определение этих понятий применительно к экологическим проблемам [3,4].

Определение (толкование, интерпретация) термина сильно усложняется особенно тогда, когда происходит его переход из одной области знания, где он был впервые введен, в другие. Именно это наблюдается с индикаторами и индексами, при переносе которых в прикладную экологию, появился элемент неопределенности. Эта неопределенность связана с различными причинами и, в частности, с тем, что с написанием статьи или книги и последующей ее печати появляется ШУМ - пропавшие слова, части предложения, которые оказываются вдруг в других абзацах, неправильно понятые слова или содержание статьи в целом и т.д. Среди разнообразных видов шумов семантический ШУМ также преследует любого рода коммуникационные системы, к которым, несомненно, относится и человек. Очень часто нам приходится оправдываться в том, что нас неверно поняли, а мы имели в виду нечто другое. Если внимательно присмотреться ко всему этому, то можно заметить, что коммуникационный СБОИ происходит гораздо чаще, чем мы себе это представляем [5-8]. Сказанное имеет прямое отношение к определению и смысловому содержанию индикаторов и индексов экодинамики.

По мере развития любой области знания происходит уточнение смысла введенного термина, устранение шумов, ликвидация сбоев. В отдельных случаях это приводит к полному пересмотру первоначально данного определения. Примеров этому немало, особенно в физике. Достаточно вспомнить становление квантовой механики и дискуссии по поводу интерпретации ее понятий и терминов. Семантический шум здесь особенно ярко проявляется в том, что смысл слов "понятие" и "термин" далеко не всегда совпадает.

Обратимся к понятию экологического индикатора. Примем в качестве отправной точки зрения, которую подвергнем анализу, что индикатор - это:

1.-знак, 2.-указатель, 3.-признак, 4.-символ.

В любой из четырех обозначенных ипостасях индикатор, конечно, всегда выступает как элемент информации. Индикатор вряд ли можно считать элементарной информацией (информационным квантом) типа "есть сигнал" или "нет сигнала". Действительно, индикатору часто ставят в эквивалент индуцируемое явление, что и означает наличие сигнала. Однако на пути преобразования полученной информации в количественный показатель - индикатор, отвечающий всем предъявляемым к нему требованиям и пригодный для его передачи в систему принятия решений, неизбежно последует применение некого модельного подхода, а значит и соответствующего приближения, в результате чего индикатор, вообще говоря, перестанет быть эквивалентом индуцируемого явления.

Вернемся к отправной точке зрения. В первом случае мы имеем общепринятое сжатое представление информации. Английское слово "знак" - "sign" - происходит от старофранцуского "signe", которое имеет предшественником латинское слово "signum", "отметка", то есть какое-то сделанное человеком изображение, смысл которого известен.

К настоящему времени словом "знак" обозначается любое общеупотребительное графическое изображение, призванное передать какое-либо специфическое сообщение (например, в математике), так и жест, выражающий какую-либо команду [7,8]. Знаки - это язык, то есть обмен информацией. Под знаком понимаются чаще всего слова-обозначения, или своего рода опознавательные знаки, не являющиеся строго описательными. Таковы, например, сокращения, представляющие ряд прописных букв (ООН, ЮНЕП и т.д.), известные торговые марки, воинские знаки различия и др. Не имея значения сами по себе, они стали узнаваемы в ходе обыденного или целенаправленного употребления.

Знаки чаще всего называют объекты, за которыми они закреплены. Хорошим примером являются математические знаки, информационный смысл которых одинаков для всего человечества. Другим примером могут служить знаки дорожного движения, становление которых происходило почти сто лет и на сегодняшний день их начертания, количество и тип практически унифицированы во всем мире. Объем информации, содержащейся в каждом знаке, сильно колеблется, тем не менее, ее интерпретация проста и удобна.

Из вышесказанного нетрудно сделать вывод, что индикатор экодинамики скорее всего знаком не является.

Вторая позиция соответствует довольно точному переводу значения слова индикатор, существующему уже более двух тысячелетий, то есть ИНДИКАТОР - это УКАЗАТЕЛЬ. Слово "указатель" допускает множество различных толкований. Поэтому уместен вопрос: указателем чего и в каком случае в применении к экологии может быть индикатор? Для ответа на этот вопрос продолжим анализ.

ПРИЗНАК отличается от знака меньшей определенностью и в большинстве случаев не существует отдельно, сам по себе, а применяется в приложении к чему-то или при сопоставлении чего-либо на основе конкретного критерия. Говоря о признаках, мы либо употребляем сослагательное наклонение, либо вынуждены удовлетворяться некоторой степенью неопределенности. В математике признаки, как необходимая предварительная информация, имеют вполне определенное содержание: признаки сходимости рядов, признаки подобия и т.д.

В других областях человеческого познания понятие признака размывается, степень неопределенности возрастает. Примером могут служить народные приметы относительно погоды, и их достаточно много, на основании которых возможно с большой или меньшей степенью достоверности предсказать время сева и дать определенный прогноз на будущий урожай. Смысл таких примет может совпадать с понятием признака. Целый ряд понятий философии, этики и т.д., например, таких как доброта, нравственность, честность, порядочность и пр., составляющих основы морали человеческого общества, также могут быть рассмотрены как признаки, характеризующие отдельного индивидуума или общество в целом.

Признак может также рассматриваться и как атрибут, то есть неотъемлемая часть чего-то, например, движение - есть атрибут материи. С помощью набора признаков мы определяем множество иных понятий, например понятие эффективности, включающее в себя понятие качества. Особенно четко это видно, когда речь идет о распознавании или идентификации, где ни о том, ни о другом невозможно говорить, не прибегая к понятию признака. Иными словами, признак - это элемент процесса на пути к более четкому последующему понятию или утверждению. Содержание последних связано с психологией человеческого сознательного и бессознательного.

Исходя из этого краткого анализа, следует признать, что индикатор признаком не является.

Человек мыслит символами. Поэтому с психологической точки зрения индикатор должен интерпретироваться как СИМВОЛ, то есть как некая данность,

которую точно мы определить не можем, однако всегда имеется возможность провести некие аналогии и сопоставления с хорошо известными понятиями и, в конце концов, определить, о чем же идет речь [5]. Этот момент чрезвычайно важен и требует отдельного специального анализа. Возможно, на этом пути есть надежда ответить на вопрос, почему некоторые индикаторы закрепляются, а другие, не успев появиться, практически сразу исчезают, и никак не идентифицируются в человеческом сознании. Иначе говоря, степень значимости и смысловое значение того или иного индикатора не может быть осмыслено тотчас же при его введении. Примеров этому достаточно много.

В общеупотребительном плане слово "СИМВОЛ" первоначально означало часть целого. В настоящее время слово "СИМВОЛ" имеет два значения: первое - это ИЗОБРАЖЕНИЕ, которое выступает от имени какого-либо предмета (например, изображение совы является символом мудрости). Таковыми являются буквы алфавита, знаки препинания, цифры, ноты и т.д. В таком значении слово "символ" начало впервые употребляться в Англии в XYI1 веке.

Вторым значением слова "СИМВОЛ" является ПИСЬМЕННЫЙ ЗНАК, описывающий количественно какое-либо КАЧЕСТВО, ВЕЛИЧИНУ или ПРОЦЕСС.

Из сказанного вытекает с достаточно высокой степенью вероятности, что индикаторы экодинамики можно по своему смыслу рассматривать как УКАЗАТЕЛИ и как СИМВОЛЫ, то есть они могут и должны описывать на количественном языке не только МЕТКУ (УКАЗАТЕЛЬ какого-либо основного или вспомогательного показателя - параметра), но и МЕРУ КАЧЕСТВА, МЕРУ ВЕЛИЧИНЫ или МЕРУ ПРОЦЕССА.

Отсюда следует, что смысловое и целевое назначения введения индикаторов экодинамики при условии их удовлетворения вышеприведенным 4-м требованиям 58-го Комитета СКОПЕ состоит в представлении в сжатой форме информации по следующим основным направлениям:

- в количественной или качественной интегральной оценке состояния и динамики рассматриваемой экосистемы в целом или отдельных ее компонентов;

- в указании численного значения какой-либо величины или совокупности величин, характеризующих взаимодействие и взаимосвязи между экосистемами;

- в указании численного значения параметров характеристик исследуемых процессов и явлений, протекающих в экосистемах;

- в указании численных значений показателей - параметров, описывающих свойства исследуемых экосистем.

Мы предложили возможное решение вопроса об интерпретации индикатора с точки зрения его смыслового содержания. Ответим теперь на вопрос: физическая ли это величина, то есть величина, которую мы можем измерить на опыте, или это "чисто символьная" величина, существующая только в нашем воображении, как, например, широко применяемое понятие РИСКА? На наш взгляд однозначного ответа здесь пока не просматривается. В общем случае индикаторами могут быть и ФИЗИЧЕСКИЕ величины и НЕ ФИЗИЧЕСКИЕ величины, если только в КОНЕЧНОМ ИТОГЕ они имеют значения и соответствия в приложении к состоянию и динамике экосистем. В поддержку такой точки зрения мы могли бы сослаться на влияние операционализма - философии, требующей определять вещи выполняемыми операциями.

Небезынтересен также вопрос, скаляром или вектором является индикатор? На наш взгляд, индикатор может быть и скаляром и вектором и даже более сложной величиной, например, он может быть представлен в виде матрицы [3].

Как отмечено выше индикатор всегда выступает как элемент информации. В том случае, когда рассматривается информация по Шеннону [7], информация не имеет смыслового содержания. В такой интерпретации информации индикаторы выполнят лишь роль сигнала, означающего, что для дальнейшего надо воспользоваться некой другой информацией.

Сигнал может быть донесен до нас человеческими символьными системами. Эти системы включают в себя слова, произведения искусства, музыку, ритуалы и неосознанные ритуалы, при помощи которых передается культура и знания. Слова одновременно содержат ДЕНОТАЦИИ и КОННОТАЦИИ, что означает, что при помощи слов, которые не имеют значений и соответствий в реальном мире можно заставить действовать людей и формировать общественное сознание при помощи слов в любом аспекте человеческой деятельности, в том числе и в науке. В этом состоит опасность преднамеренного сознательного введения и применения индикаторов и манипулирования этими показателями с целью скрыть от общества объективную информацию об экологическом состоянии окружающей среды.

Сказанное подтверждается также и тогда, когда речь идет об информации в интерпретации Хакена [7,8]. В этом случае элемент информации имеет степень значимости, определяемую приемником, то есть, индикатор изначально имеет смысловое содержание и степень значимости и не важно, отображает ли он реалии действительности или существует только в нашем воображении. Важно, есть ли способы его расчета или нет.

Отметим также, что в последнее время наблюдается значительный прогресс в области информатики. Наше понимание того, что такое информация, претерпело заметную эволюцию. В работах Хакена, Бэйтсона, Кожибского, Лири, Уидсона [6-9] и других исследователей показано, что информация - это организация, или связность, либо - времясвязывание. Согласно их представлениям, если нам уже что-либо известно или мы можем легко это предсказать на основе уже имеющихся сведений, то для нас это - не информация. И наоборот, если мы чего-то не знаем или не можем предсказать, это - информация. Таким образом, говоря об индикаторах экодинамики, мы должны искать такие показатели, которые дадут нам новые, неизвестные до этого сведения о состоянии и качестве окружающей среды, как на данный момент, так и в ближайшем будущем, получение которых было невозможно при использовании ранее введенных величин.

2. Индексы экодинамики.

Связь индексов с индикаторами.

Сформулированные выше общие положения требуют уточнения и конкретизации смыслового содержания индикаторов при их применении к описанию динамики экосистем.

Пусть в качестве рассматриваемого объекта выбрана урбанизированная экосистема. Для дальнейшего необходимо выбранный объект представить в виде некоторой модели. Нетрудно показать, что наиболее приемлемой моделью в данном случае может быть модель сложной системы [1,7, 9-11]. Примем, что уровень описания выбранной модели будет макроскопическим. Преимущества такого выбора очевидны: макроскопический подход позволяет достичь колоссального сжатия информации, чего всегда желательно добиваться, при передаче информации в систему принятия решений. Более того, при таком выборе модели имеется возможность определить свойства системы в целом по знанию свойств какой-либо ее части, что очень важно при оценке экологического состояния урбанизированной экосистемы.

После выбора и обоснования соответствующего уровня описания экосистемы необходимо также договориться о степени выбранного приближения. В случае интерпретации информации по Г.Хакену можно ограничиться первым порядком разложения индикатора как элемента информации в ряд по малому параметру. Такой параметр разложения может быть выбран практически всегда.

Сложная система или ее отдельный компонент имеют пространственную, временную и функциональную структуру. Нарушение всей структуры или какой-либо из ее частей приводит к изменению свойств, а значит и качества системы в целом. Эти нарушения (отклонения) могут быть обнаружены следующим образом.

Предположим, что нам удалось построить вектор состояния экосистемы, для которого можно записать "уравнение движения" экосистемы в отсутствии техногенного воздействия. Примем точку зрения Г.Хакена и будем считать, что это уравнение содержит первую производную по времени, то есть за основу возьмем уравнение Ланжевена . В такой постановке вопроса описание динамики экосистем на основе вектора состояния, потребует ввести индикаторы экодинамики в качестве переменных (компонентов) вектора состояния. Отсюда ясно, что индикатор, будь он аргументом или параметром - переменная величина.

В этом случае индикатор выступает как символ, то есть под индикатором понимается численное значение выбранной величины, либо мера качества экосистемы или ее параметра для некоторой точки на фазовой траектории течения процесса, отвечающий определенному значению вектора состояния. Сказанное имеет силу только в том случае, если вектор состояния специально сконструирован под соответствующую целевую задачу.

Предположим, мы имеем вторую фазовую траекторию, появление которой обусловлено техногенным влиянием, и в каждой точке которой значения выбранных индикаторов нам также известны. Тогда, как обычно, взяв разницу между значениями известных величин - индикаторов в интересующих нас точках траекторий, можно эту разницу интерпретировать как степень отклонения. Назовем эту степень отклонения по определению ИНДЕКСОМ, что соответствует его точному смысловому содержанию. Действительно, в переводе с латинского "INDEX" - показатель, характеризующий изменение чего-либо относительно уровня, принятого за основу для сравнения.

Поиск таких траекторий для сложных систем, каковыми являются любые кластерные образования, выделенные в биосфере, в том числе и урбанизированные экосистемы, крайне трудная задача. Действительно, далеко не всегда мы можем записать необходимые уравнения движения. Ограничения здесь очевидны, в частности они вытекают из известной теоремы Геделя. Однако последние работы по исследованию динамики сложных систем показывают, что в этом направлении имеется обнадеживающий прогресс [6,7].

Нетрудно видеть, что для конструирования индекса необходимо, по крайней мере, две величины, каковыми как раз являются в данном случае индикаторы. Таким образом, ИНДЕКС - это величина, построенная из ИНДИКАТОРОВ. Иначе говоря, индикаторы являются теми "элементарными" кирпичиками, из которых формируются индексы и, в частности, индексы экодинамики.

Сказанное тем более остается в силе для статичного или "квазистатичного" случая, так как, очевидно, что при введенных определениях можно сопоставлять индикаторы, а, значит, вводить индексы, не только для совпадающих моментов времени, но и относящихся к разным моментам времени. Последний случай наиболее важен для практических целей.

Таким образом, подводя итог сказанному, отметим следующее: экологический индикатор следует рассматривать как информационный указатель и как символ с указанным выше смысловым содержанием, но не любой, а только такой, который удовлетворяет вышеприведенным 4-м требованиям 58 Комитета СКОПЕ, а индекс - как меру отклонения.

В предлагаемом подходе индикатор являются элементарной единицей, на основе которой может быть предложен отличный от общепринятых способ классификации индикаторов, а также индексов, в том числе и индексов качества любого компонента окружающей среды.

3. Обобщенные, интегральные и комплексные индикаторы и индексы. Индексы качества.

Применительно к экосистемам или их отдельным компонентам понятие качества весьма неопределенно. Введенные выше экологические индикаторы и индексы позволяют построить основу для количественной оценки качества экосистем. Будем опираться на рекомендации ЮНЕП и 58-го Комитета СКОПЕ по экологическому моделированию по структурированию окружающей среды с целью упрощения рассмотрения таких сложных систем, каковыми являются естественные и искусственные экосистемы любого уровня. Согласно этим рекомендациям выделим предметно три составляющие, внутри которых будет иметь смысл дальнейшее рассмотрение индикаторов и индексов экодинамики. Такими составляющими являются:

1. физическая, 2. химическая, 3. биотическая.

В любой из этих составляющих экосистема, как и любая сложная система, характеризуется набором разнообразных свойств, которые тесно связаны с ее составом. С другой стороны, в экосистеме протекают процессы и наблюдаются явления (эффекты), также зависящие от ее состава и свойств, но в то же время влияющие на эти свойства. Сказанное означает, что отыскание признаков, на основе которых возможна количественная оценка качества экосистем по каждой из составляющих, необходимо проводить на основе сопоставления контрольных (измеряемых) и эталонных (установленных) параметров внутри каждого из 4-х указанных направлений, которые мы в дальнейшем будем называть КЛАССАМИ. Таким образом, естественно выделить следующие классы:

1. состав, 2. процессы, 3. свойства, 4. явления (эффекты).

Во избежание возрастания семантического шума определим каждый из этих классов.

СОСТАВ - понимается в обычном общепринятом смысле, то есть, какие именно химические элементы и их устойчивые соединения содержатся в интересующем нас объекте.

СВОЙСТВО - реакция объекта на внешнее воздействие. Соответственно этому выделяют механические, термодинамические, электрические, оптические и т.д. свойства. Свойства во многом определяют понятие качества объекта и могут быть специфическими, вводимыми специально для качественной характеристики объекта. Например, органолептичесие свойства воды.

ПРОЦЕСС - последовательность состояний (фаз, актов, шагов, этапов, действий и т.д.), то есть переход объекта из одного состояния в другое.

ЯВЛЕНИЕ (ЭФФЕКТ) - завершающаяся или конечная стадия процесса, сопровождающаяся изменением начальных параметров (характеристик), либо появлением на выходе новых параметров, отсутствующих ранее.

Введение классов позволяет предложить иную основу для классификации индикаторов и ввести понятия простого, агрегированного, интегрального и комплексного индикатора или индекса. Такая классификация может заметно упростить методы их расчета. Это действительно так, если построение индикаторов и индексов качества жестко привязать, оставаясь в поле выбранной модели, к конкретному классу и конкретной составляющей природной среды. Соответственно сказанному введем следующие определения. Зафиксируем ОПРЕДЕЛЕННУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ, и пусть для примера рассматривается класс СОСТАВ. Тогда:

ПРОСТЫМ ИНДИКАТОРОМ назовем численное значение концентрации одного конкретного ингредиента.
АГРЕГИРОВАННЫМ ИНДИКАТОРОМ назовем сформированную по согласованным правилам сумму индикаторов, отвечающих численным значениям концентраций ингредиентов, выбранных в качестве приоритетных. Например, для атмосферного воздуха это шесть известных ингредиентов [6].

ИНТЕГРАЛЬНЫМ ИНДИКАТОРОМ назовем сформированную по согласованным правилам сумму ВСЕХ ВОЗМОЖНЫХ индикаторов одинакового происхождения и размерности в данном классе.

Отвлечемся теперь от конкретной составляющей. Тогда:

КОМПЛЕКСНЫМ ИНДИКАТОРОМ назовем сформированную по согласованным правилам сумму индикаторов, взятых из РАЗНЫХ КЛАССОВ, РАЗНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ, либо из РАЗНЫХ КЛАССОВ и РАЗНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ОДНОВРЕМЕННО.

Введенные определения с сохранением их смысла с небольшими коррективами могут быть перенесены на любой из 4-х классов.

Качество сложной системы может быть охарактеризовано на основе сопоставление признаков качества с системой, выступающей в роли эталона. Например, качество технических систем может быть оценено путем указания 11 признаков, установленных соответствующими ГОСТами и другими нормативными документами.

Формирование эталона качества для урбанизированных экосистем внутри каждого класса в рамках зафиксированной составляющей может быть проведено различными способами. Пусть для определенности, опять-таки выбран класс СОСТАВ и нас интересует оценка качества атмосферного воздуха в пределах урбанизированной территории.

Для проведения необходимой оценки предлагаемый нами принцип сопоставления требует наличия рядом с городом достаточно чистого участка неурбанизированной территории - особо охраняемой территории, которую можно выбрать как базу для отсчета. В пределах этой "чистой" территории за уровень отсчета можно принять: 1) фоновые значения концентраций по всем ингредиентам, входящим в состав воздуха, 2) значения ПДК, 3) значения, равные разности ПДК и фоновых концентраций соответствующих ингредиентов.

Наиболее часто за уровень отсчета принимаются значения ПДК. Разумеется, ПДК не являются экологическими величинами, они - санитарно-токсикологические. Корректнее, на наш взгляд, принять за нуль отсчета фоновые значения концентраций ингредиентов, выбираемых для сравнения.

Важно отметить, что для развиваемого подхода совсем НЕОБЯЗАТЕЛЬНО привлекать понятие ПДК.

Как отмечено выше качество предполагает наличие определенного числа признаков, его определяющих. На языке индикаторов это может быть сказано следующим образом. Пусть полное число индикаторов, характеризующих "идеальное" качество воздуха по классу СОСТАВ на неурбанизированной территории, равно некоторому заданному числу. И пусть число индикаторов, измеренных на урбанизированной территории и совпавших по своему численному значению с индикаторами, выступающими в качестве эталонных, равно также какому-то конкретному числу. Тогда отношение второго числа индикаторов, то есть числа индикаторов, значения которых совпали при сравнении, к первому заданному числу индикаторов, в полном соответствии с введенным выше определением индекса, будет ИНДЕКСОМ КАЧЕСТВА атмосферного воздуха по данному показателю внутри выбранного класса, характеризующим степень совпадения с полным качеством [6]. Аналогичным способом можно ввести индексы качества в остальных трех классах, так как предложенный принцип построения индекса качества является универсальным.

Внутри каждого класса возможно разнообразие состава, множество процессов, явлений и свойств. Соответственно этому также как и для индикаторов для индексов качества применимы понятия простого, агрегированного, интегрального и комплексного индекса качества.

Иллюстрация применения вышеизложенных соображений и конкретные расчеты оценки экологического состояния и качества атмосферного воздуха в ряде городов мира можно найти в работах [9,10].

4. Резюме.

Подводя итог сказанному, выделим следующие основные моменты:

1. Определение индикатора и индекса должно формироваться по мере развития соответствующей области знания и, в конечном итоге, стать общепринятым, что устранит разночтение и значительно упростит общение между учеными разных стран, повысит взаимопонимание и позволит выйти на взаимоприемлемые стандарты в области прикладной экологии.

2. Предложенное смысловое толкование индикаторов и индексов экодинамики допускает применение в качестве таковых как физических, так и не физических величин при условии выполнения основных требований, предъявляемых к этим величинам 58-м Комитетом СКОПЕ.

3. В качестве индикатора может быть взята как размерная, так и безразмерная величина. Обстоятельство, имеющее как достоинства, так и недостатки, проявляющиеся в разной степени в зависимости от конкретного случая применения понятия индикатора. Индикатор может быть скаляром и вектором, индикатор может быть представлен в форме матрицы.

4. Структурирование сложной системы, а также выделение направлений исследования при проведении оценки состояния и качества компонентов природной среды, введение составляющих окружающей среды по областям знаний и введение классов позволяют провести классификацию, в рамках которой можно четко определить простой, агрегированный, интегральный и комплексный индикатор.

5. Предложено ясное смысловое содержание индекса, в том числе индекса качества и установлено его соотношение с индикатором. Индикаторы удобно рассматривать как элементарные кирпичики, из которых строятся индексы. Хорошим примером сказанному является известный экономический индекс Доу-Джонса, построенный из индикаторов. Причем важным в оценке экономического состояния рынка является не абсолютное значение индекса Доу-Джонса, а только его отклонения.

6. Предложенный подход позволяет связать введенные индексы с распространенным вероятностным понятием риска и проводить сопоставление индексов качества и соответствующих составляющих экологического риска в единой шкале. Оправданным и естественным является отнесение индекса качества не к риску, а к самому качеству.

7. Способ введения индекса качества означает, что индекс качества безразмерен, что значительно упрощает его интерпретацию, позволяет перейти к общепринятым стандартам (например, ИСО 14000) и открывает возможность их сопоставления с другими аналогичными показателями, что безусловно важно для обмена протоколами данных и систем поддержки принятия решений.

8. Из определения индекса качества следует диапазон изменения его численного значения. Он заключен между нулем и единицей. Этот диапазон можно выразить в процентах, 0 - 100%, что позволяет достичь сравнительно простой и наглядной графической интерпретации и представлении полученных результатов в простой и ясной форме, удобной для лица, принимающего решения.

9. Способ введения индексов качества, рассмотренный выше, позволяет ввести линейную шкалу изменения численного значения индекса независимо от того, простой ли он, обобщенный, интегральный или комплексный. Более того, в этой шкале можно непротиворечиво ввести соответствующие оценки опасности, риска и уровня составляющей экологической безопасности.

10. Экологические индикаторы и индексы должны быть "привязаны" к известной временной шкале Тиллера, рекомендованной ЮНЕП к применению при рассмотрении самых разнообразных процессов, протекающих в экосистемах различного уровня, в том числе урбанизированных экосистемах.

Литература

1. Экологические системы. Адаптивная оценка и управление. Под ред. К.С.Холлинга. - М.: Мир, 1981. - 397 с.

2. Кондратьев E.?., Донченко В.К., Лосев К.С., Фролов А.К. Экология -экономика - политика. Под ред. Кондратьева К.Я. С.-Петербург. 1996. 827 с.

3. SCOPE 58. SUSTAINABILITY INDICATORS. Report of the project on Indicators of Sustainable Development. Edited by B. Moldanand S. Billharz. UNEP. By John Wiley and Sons. New York. 1997. 415 p.

4. Testing the CSD Indicators of Sustainable Development. Interim Analysis. Testing Process, Indicators and Methodology sheets. CSD Work Programme on Indicators of Sustainable Development. Technical paper, 25 Janiary, 1999. Prepared by the Department of Economic and Social Affairs (DESA), Division for Sustainable development (DSD).

5 К.Г.Юнг. Психологические типы. Пер. с немецкого. М. Издательская фирма "Прогресс - Универс". 1995. 716 с.

6.Р.А.Уилсон. Квантовая психология. Как работа вашего мозга программирует Вас и Ваш мир. "ЯНУС" ("JANUS BOOKS") "София". 1998.

222 с.

7. Г.Хакен. Информация и самоорганизация. Макроскопичкский подход к сложным системам. Пер. с англ. Ю.А.Данилова. М.: Мир. 1991.239 с.

8. Г.Хакен. Синергетика. Пер. с англ. - М.: Мир, 1980. - 404.

9. Muzalevskii А.А., Isidorov V.A. Urban ecosystem and method of its description in terms of quality indices // INDICES - 97: Тез. докл. Межд. научи. конф. 9-16 июля 1997 г.-С.- Петербург, 1997.-С.91.

10. Музалевский А.А., Исидоров В.А. Индексы и составляющие экологического риска в оценке качества городской экосистемы // Вести. С.- Петербург, ун-та. Сер.4. 1998. Вып.2 (N II). С. 74-83.

11. Muzalevsky A.A. A System Approach to the Problem of Environmental Indicators and Sustainable Development Indices. Terms, Definitions, Dimensions, Units. Structurization and Classification. Abstract book. INDEX - 99. Second Biennial Inteernational Conference. St.-Petersburg, Russia. July 11-16, 1999. P. 95-97.

Site of Information Technologies
Designed by inftech@webservis.ru.