автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Исследование и разработка принципов формирования и имитационного моделирования динамики эколого-экономических систем

ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ АКАДЕМИИ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА

На правах рукописи

РГБ ОД

2 8 |ЦОЦ УДК 62-50; 519.95

НАГИЕВ АЛИ ТЕЙМУР ОГЛЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ФОРМИРОВАНИЯ И ИМИТАЦИОННОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

05.13.16 — Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Баку — 19Е5

Работа выполнена в Бакинском Государственном Университете им. М. А. Расулзаде и ИММ АН Азербайджанской Республики.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук МАХМУДОВ Э. Н.

доктор технических наук, профессор МЕНЖУЛИН Г. В.

доктор экономических наук, профессор АЛИРЗАЕВ А. Г.

Ведущая организация ■— Российская Академия Наук, Центр международного сотрудничества по проблемам окружающей среды «ИНЭНКО».

Защита диссертации состоится « » ¿¿/СьлЛ- 1995 г. в ¿5" ''"час на заседании Специализированного совета Б/'Д 0042-2 по присуждению ученой степени доктора технических наук при Институте кибернетики АН Азербайджана по адресу: 370141, Баку, ул. Ф. Агаева, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института кибернетики АН Азербайджана.

Автореферат разослан « &3 » 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

доктор физико-математических наук НАСИРОВА Т. Г.

- г -

<ЩЯ ХАШЯЕРШТШ РАБОТЫ

Актуальность проблею. В настоящее время ма являемся свидетелями расширения сферы применения методов математического моделирования и электронных вычислительных машин при решзнии разнообразных научно - технических проблем, важней-иим из которых является повдоение э$£зктивности производства материальных благ и совершенствование методов управления . экономикой. Сложность данной проблемы объясняется не только огромными масштабами рассматриваемого объекта, но и наличием взаимосвязи между многочисленными факторами, определямци-.. ш еда развитие. Среди вааюПших факторов, несомненно, одним ' из первых следуот указать экологический фактор, так как нель^ зя представить полную картину экономики большого региона или республики, если его не учесть. В связи с этим появилось понятие ¿колого - экономической системы (ЗХ), которая в широком сшсле представляет собой совокупность взаимосвязанных объектов технического, социального, природного и экономического типа. В менее широком сшсле такие системы, содержат б себе объекты экологии отдельной отрасли народного хозяйства, скажем, экология сельского хозяйства (агроэкоеистемц), объектов загрязнения'зкоСистемы, объектов макроэкономики как без учета, так и с учетом экологического фактора и т.п.

Необходимость решения шогочислешшх прикладных задач, связанных с разновидностями сложных ЭХ, служила основой их исследования и разработки научно - технических основ формализации имитационного моделирования и управления.

Исследованиям в этом направлении и посвящена настоящая

диссертационная работа.

Паль работу состоит в разработке » исследовании методов формализации, автоматизации, имитационного моделирования динамики широких классов слота ЗЭС; решении с помощыэ предлвгаешх методов прикладных задач из области моделирования продуктивности агрбэкосистем, процессов тепло- и массообмена в система ИРА, планирования и управления национальной экономики республики ш базе шкроэко-комической модели в период шрохс№ к рннку.

ОАьецташ исследования для рассматриваемых классов сложных ЭЭС явллптся физические параметры, характеризующие дикаыику в агроокосистемэ ПРА и махроэкономические показатели развития различных отраслей национальной экономики республики.

Теоретическая и методологическая основа работы. В работе использованы ызТоды 7еорш управления технически« ми Системами, математического и имитационного ыоделирова-шш слокньгс систем, вычислительной математики, математического программирования, математической экономики и статистики, истоды программировании на ЭШ.

• Для отдельных подклассов сложных ЗХ из результатов работы вытекают, в качестве частных случаев, как известные ранее, так и полученные позднее другими исследователями результаты. • • . . 1 «

В качестве информации послужили материалы Госкомстата, Госагропрома и Комитета по экологии республики.

Harman nonnoita Впоршо предложено форыирова-

нио слояпоП ЭЗС, н лежащая в осново ее, ао*ома*изац!ц| иш*о- ' цношюго №?делирош*шл. Прищппц Такого формирования ДСЯоН-сГрирувТсл "Р" nooTpooi¡:iii комплексно/! модели дшшлпш огро-окосистош ПРА п макроэкономики роспублшш.

- Разработана комплексная дштшческал модель оаорго -

и дасоооСмопа d агроокосисТеме ПРЛ (на сдучаЯ хлопкового Ноля) . При оТом дан прогноз водно-солевого и Теплового решила хлопкового поля н управления р&глмамн орошения. Дало опнешшо блока шкрошшаТа комплексной модели рнерго- и массообменй" хлопкового поля, включая рпднацношпщ pesmi, агродмшмичер-киП режим, тепло- и вяагопороиое о исхг.исТио» пространстве?

- предложено поли rac^Domioo оппешше процессов движения влаги и.солей в пбчво;

- продлокеиц числсяшцо реализации на ЭВМ, как отдельных ; блоков модели, *ai: и подели в целом. Разрабо'ан паке* прикладных программ, реализующих шбршшую разносТцув схецу. Иро-ведош чпслешшо 'о^епориноиТи на ЭШ о-комплексной модельп для исследования длнашкп ^"оспиТоза,.Трансппроцин дшки.ти

движения илаги и солоЛ в по iuo» рос'а расТениИ и изменения *

их архиТег.Тоншш в процесса онтогенеза;

- предлдаешая комплексная динош юская^ модель онерго ~ н тссообнена хлопкового плил, оключающая-блокн иыи'ациошю-го роста и архитектоники Носова, песет бцТь использована и в другиз:-областях, Так иапрпнор, в агрометеорологии. Модель позволло1' ироизоодп^ь оценку агрометеорологических и агрофп-зччешк условии формирования урояая, рассчиТцваТь парамоТрц

»

релйма^орояенкя, сиполод'ь агроклиматические раеча*ы. С помочь» ирсдс'шдаятИ, растимых при построении данной мо--_ доли, тгуТ СцТь ровснц ц задач» моделирования аагрлзнешм-н живучее?!! окосив^ми» нормирован;« окбросоп движущегося юбочника оогрлзпсшш и т.н.;

- ¡и базе предл^ташоГо формирования сдсхиюЯ-дИС прово-

щ

дон кошлекешН счстотшй сшалнэ зарубежного перехода к ргли;у,-коториГ1 позволил выявись наиболее узкие цосТа и определись важнейшие направления рофорш национальной окоио-ышш АоорСаЦдаиокоП Республики о иоро:юд1ШИ период

- предавалитл I юдоль рсеурсло-окрноинчоекого шРоцион-IIого ноделирошшл поадзшаст» ЧТ0 ОП'ИШЛЫЮО ИСПОЛЬЗСОШШО по'енцнплый« ресурсен республики с учетом оибора наилучших вариантов инвестиционной и налоговой политики, ценообразования и занятое'?!! нозиалнт республике осуществить относительно безболезненный переход к ринку;

- предложено програша околош часки:: реформ на базе модели социально-орислчМфоЕашоН зйюктншюй экономической сис-. Теш; -

- разработана тгсроэкоисиическая ныи*пционная Модель национальной экономики С ю Том числе п о учетом экологического фавора), которал ле^пт в основе предложенной программы реформ, вирабогг1;ч наилучших вариаптовчшвестцциощюй и нйлогевоЛ полнТшш, политики ценообрзосшшшя и занятости, ' бюдже1'но11 политики;

- предложена с;:ош сцсшрио1'о форшрошшш ршючиих элементов, оТракащчх шшооТицношую и налоговую политику,

- б -

политику ценообразования и занятости, формирования свободных экономических зон в соответствии о особенностями национальной экономики;

- разработаны диалоговые системы для проведения имитационных экспериментов с предложенными моделями рассматриваемых классов ЭЭС, реализованные на современных персошльнж компьютерах.

Практическая ценность рабртн заключается в Том, что предложенные принципы формализации и разработайте имитационные модели динамики сложной ЭЭС, имеют практическую направленность и возникли, прежде всего| из необходимости рекешш специфических задач, связанных с этими системами.

Необходимость разработки моделей продуктивности агроэкосистемы напрямую связана с задачами управления технологическими процессами а земледелии и растениеводстве. Как известно, урожай сельскохозяйственной культуры . является итогом взаимодействия большого числа абиотических и биотических процессов, протекающих в агроэкологи-ческих системах. Наиболее полное количественное описание Совокупности отих процессов может быть получено с помощью предложенной комплексной динамической кмитацио^ой модели, реализуемой на современных ЭВМ; Специфика и структура этих моделей такова, чт<4 могут бить с успехом использова- • ны такке для выбора агротехнических, агромелиоративных а" др. приемов в сельскохозяйственном производстве. .

Разработанные на основе макроэкономической дгашппескоЛ имитационной модели комплексные програюо»

реформ щщт практическую налравдешюсть и учитывав? специфические условия политической и екожшчасаоЙ ситуации а Азербайджане. Прёдложешшэ в&ршяи рыночного переустройства экономики проверены на основе чиитацион-ной модели, которая реализована на современных компьютерах в форме диалогового режима» позволяющей оперативно проводить эксперименты по выявлении наилучшее для государственного и частного секторов економики вариантов инвестиционной и налоговой политики, политики ценообразования и занятости в переходный период к.ринку. Предложенные -автором варианты перехода к рынку национальной экономики республики были одобрены Министерством Экономики Азербайджана, а результаты по идатедионноцу Моделированию шкро-еконемчки с учетом экологического фактора были учтены Госкомприроды республики.

, Некоторые результаты работы нашли примедение при рошении прикладных задач автоматизации, проектировании распределенных. систем обработки информации в сетях ЭВМ,— в работах отдела АСУ АН АоербаЦдясана. Ряд результатов работы, исследуемых з ней моделях и разработанных методов, целесообразно попользовать в учебном процессе для*специальностей "Прикладная математика", "Экономическая кибернетика", "Автоматика и управление", "Вычислительная техника и автоматизированные системы", "Автоматическое управление и системный анализ" и близких к ним.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

- О -

- на Всосопзном семинаре - совещании по программировании и моделированию агрозкосистеыы, Ленинград,

1981.; ""

- на Всесоюзном шеоле - семинаре "Погода - уро-SfU - математика": 1903г. - Валдай, 1984г. - Ленинград, 198Бг. - Киппгаев.;

- на Всесоюзной конференции "Проблемы повышения культуры земледелия и урожайности хлопчатника на землях нового освоения", Ташкент, Союз НИХИ, 1984г.;

- на Международном эксперименте "IYjhco - 84" НПО космических исследований;- на Республиканском совещании. Баку, 1987;

- на 2 - ой Турзцко - Азербайджанской коиферен-ции по математике. Baity, 1992.;

- на Общереспубликанской научно - технической конференции. Баку, К93.;

г на сеыодарах в Институте математики и механики АН Азербайджанской Республики (рук. вкадем. Ф.Г. Магсу-дов) в 1989 - 1992 г.г.;

- на семинарах кафедры математической кибернетики БГУ имени М.Э.Расул-заде в 1969 - 1994 г.г. (рук. д.т.н., проф. Р.Г.Фарадкеа);

- на семинарах ятделаматематаческой экономики ИШ All Азерб. Республики (рук, д.ф.м.н., проф. A.M. Рубинов) в 1990 - 1993 г.г.;

- на семинарах НПО космических исследований АН Азерб. Республики (рук. Д.т.н., проф. Т.К.Исмаидов);

„ - ла семинарах отдела "Моделирования окосисУш/1 Aîii, г. Ленинград (рук. д.т.н., проф. Р.Л.ПслувкТоа)?

- на научной конференции, посвященной 75 - дотив — БГУ им. М.Э.Расулэаде.

Публикации. Основной содержание диссертации опубликовано в 24 работах (2 монографии, I учебное пособие, 17 QTaTetl и 4 тезиса Международных и Республиканских конференций).

Стдуктущ и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, приложения и содержит. ЗОС страниц машинописного текста, W таблиц, 36 рисунков, 1В<5 наименований использованных литературных источников.

ССЩЕШШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задач, рошшю которис посвящена диссертационная работа, а танка сфорцу-лированы цели исследования.

Глава I посвящена основным понятиям принципов формализации математического и имитационного моделирования" динамики управляемой ЭЭС.

В разделе I.I. ш используем концепции, характеризующие ЭЭС как сложную систему, имеющую блочную структуру, состоящие в следующем: I. рассматриваемая ЭЭС цожет быть расчленена на конечное число частей^ Подсистем ЭХ, называемыми блоками ЭЭС; 2, блоки слогшых ЭЭС функционируют из изолированно, а во взаимодействии; 3. свойства ЭЭС а

целом определяются но только свойствами блоков, но и характером взаимодействия ыегду блоками. Рассмотрение изучаемой ЭХ как системы, состоящей из вБаинодеПствунцих подсистем, построение динамической математической модели для нее и исследование ее свойств методом имитационного моделирования составляет сущность системно!1 теории или, по другой Терминологии, системного анализа ЭЭС. Цяя Того, чтобы задать сложную ЭХ необходит представить описание всех ее блоков и описание взаимодействия между блоками.

В разделе 1.2 - 1.3 мы рассматриваем оти описания применительно к двум таким важнейшим классам ЗЭС, кап агрозкооистема и макроэкономика, в Том числе и макроэкономика с учетом экологического'фактора, а Такга пробле-ш связанные с принципами формализации, математического и имитационного моделирования процессов управления в зтих системах. Прежде Чем начать обсуадеиио методов формализации математического моделирования и управления процессов, протекающих р агроэкологических и макроэкономических систем. .,с, коротко излагается специфика этих объектов.

• Одной из самых распространенных экологических систем является агроэкосйстема или, что одно и то же, экологическая система сельскохозяйственного поля, которая характеризуется взаимоотношением и взаимодействием многих компонентов, в частности, связанных почвенной микрофлорой и окружающей средой.

При исследовании процессов энерго- и массообуек:'

- и -

в огрозкосистедо, для цолей практики, достаточно рассмотреть лишь компоненты фитоценоза и шеыенты окру-• кавцой среда, которые определяют протекание этих процессов« Совокупность этих элементов, явллюцувся лоД-системой сгроэкосистеш, называется системой OPA -"почва - растение - атмосфера".

В этих разделах раскрыты структура ПРА как на уроане моделей процессов отдельных блоков водного рэгш-ш посева, режима микроклиматических условии, процесса роста и развития растения, так и на уровне комплексной динамической модели, необходимы^ при построении основы теории процессов управления продуктивности данной агро-екосистзш. Еизкодеятельноеть такой продукционной огро-екосистемы ПРА характеризуется , ипшмикой шюгофакторьшх взаимосвязанных процессов. Поэтому для формализации и разработки комплексной модели динамики скстеш ПРА в -данном случае метод имитационного моделирования является необходимым аппаратом. * _ В следующих частях работы С глава 2, 4) рассмотрены основные принципы формализации, математического и имитационного моделирования продуктивности агрозкос'лсте-мы. Предложенная при атом комплексная имитационная модель динамики ПРА, имеющая блочную структуру, с применением ЭВМ, является основой при построении автоматизированной системы имитационного моделирован!« данного класса ЭЗС. В случае обработки аэрокосмических данных к этой модели моху? быть присоединены такие элементы .,. дистанционного зондирования, позволяпцие экспернменгаль-

ним путем изучать спе/стралыше радиояркостшо характеристики почвеино-растителыюго комплекса.

Полученные далео результаты по построению комплексной динамической подели агроэкосистсш ПРА, проведение на ее основе машинных экспериментов иозвсдило также создать систему экспериментального и программного обеспечения имитационных динамических моделей и систему ее автоматического управления. Таким образом, задача построения комплексной дтютческоП имитационной «одели, --реализация данной модели на компьютерах, проведение по этой модели машинных экспериментов по уточнению модели, а такта создание на ее основе систем» автоматизации имитационного моделирования а ¿•правления продуктивности агро-экосистемы является актуальной проблемой, решение которой дается в главах II и 1У работы. ' * Отметим, что полученные при этом результаты могу? быть использовали при построении аналогичных моделей других классов слогашх ЭЕС. В разделах 1.2. - 1.3. расстается блочная структура слояней эколого - экономической системы и обсуждаются вопросы ее. имитационного моделирования иа макроуровне. Процесс моделирования» как правило* начинается с определения структуры изучаемой системы, выбора соответствуй?!« экзогенных и оздогешшх переменных, формирования математической модели, построения блок-схемы имитационной процедуры и составления машинной программы.

Следует отметить, что имитационные модели глобальных экономических систем сильно отличаются от манроэкоНо-

мических моделей и эти различия связаны с проблемой вывода адакватных уравнений функционирования экономики & целом.

Эндогенные переменные макродинаыической системы, такие как национальный доход, национальный продукт и общая численность рабо'ащих зависят, от очень большого числа существенных факторов (внутренних и внешних по отношению к системе), количество которых обычно намного превышает число переменных, рассматриваемых в численных макроэкономических моделях. %и этом, с целью описания функционирования системы в укрупненных показателях, микроэкономические переменные преобразуются в агрегаты. Мовду эедогеиныш переменными макродинамической системы существуй сложное взаимодействие и обратная связь. №дотиы, что проблема оценки параметров агрогированной динамической модели с большим числом уравнений поровдает серьезные трудности. С другой стороны, получить данные для построения ыатештрчеекгй модели макродинамической системы намного сложнее, чем для микроэкономической системы.

Эти проблемы при разработке макроэкономической модели вдаувдаш использовать упрощенные схемь», отрвжащие наиболее существенные показатели развития исследуемой экономической системы.

Учитывая вышеуказанное, приводится блочное описание функционирования экономической системы с учетом эколош-ческого фактора - параметров загрязнения.

Предлагаемая далее имитационная модель должна отражать следущие основные процессы формирования национальной экономики: блок ценообразования, блек.производства, блек

налогообложения, блок инвестиций, блок государственного бвддета и другие. При отои структура подели должка бить сформирована таким образом, чтобы ео легко можно било преобразовать под различные режимы ценообразования, налоговой и инвестиционной политики, а также бюджетной политики национальной экономики. Требуется, чтобы э модели анализировались воспроизводственные процессы в отраслях промышленности, сельского хозяйства, строительства и инфраструктуры.

Спектр входных параметров модели по своей структуре .распределен следующим образом; экзогенные, структурные, нормативные и управление. Подобная структуризация носит чисто поверхностный характер, так как некоторые нормативные параметры могут носить и управляпдий характер и наоборот.

От предлагаемой далее макроэкономической модели требуется, чтобы на ее основе без затруднения можно было бы формировать широкий спектр вариантов инвестиционной и налоговой политики, политики цен и занятости, проследить поведение национальной экономики за прогнозируемый период и дать качественные оценки как управляющим (инвестиционные показатели) переменным, так и структурным изменениям в экономической системе. При ыакромоделировании национальной экономики,' наряду о блочной структурой системы, должен быть учтен и экологический фактор, т.е. необходимо рассмотреть эколоГо-эконошческое состояние национальной экономики. Это означает, что а этом случае к традиционным базовш переменным развития экономики.

ЦУ (характеризующие соответственно основные производственные фонды, численность занятых п внутренний валовый продукт) должен быть прибавлен параметр и , характеризующий экологический «1>шстор. С учетом этого фактора описывается производственный процесс с помощь» функции Кобба -Дугласа ели других агрегированных функций, определяются необходимые ограничения на указанные переменные, в резуль-. тете чего получаем еколого - экономическую макромодель национальной оконошки» которая позволяет провести прогнозные расчеты по развитию изучаемой экономики. Стахится задача, чтобы в предлагаемой модели были" учтены также факторы социальной ориентированности в период перехода к рыночной экономике. Все вышиэлотсенные вопросы построения макроэкономической имитационной модели околого - экономического состояния национальной экономики изложены в разделах 1.2. - 1.3. Отметим, что в предлагаемой далее макроэкономической модели экономическая система анализируется, как было отмечено, с учетом взаимосвязи четырех отраслей национальной экономики: промышленность, сельское хозяйство, строительство и инфрастуктура. Рассмотрение вопросов построения динамической имитационной №Дели' аг-роэкосистекы; в которой комплексно изучаются параметры продуктивности, 1слиыато-гео1рафические и экологические показатели, проводится с целью более детального изучения сельскохозяйственного блока. Это позволяет на основе системного подхода выявить неиспользуемые потенциальные ресурсы природной среды, прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур и. .загрязнения агроэкосисТемы.

В главе II разрабатываются принципы построения комплексной динамической модели формирования процессов онэрго- и массообмена в агроэкологаческой система ПРА, При отом, подробно описаны методы моделирования и основные уравнения отдельных блоков, совокупности взаимосвязанных факторов: радиационного режима растителыюго покрова (РП), процессов турбулентного тепло-_и влаго-обменов РП, моделирования аэродинамического режима РП,'

и

моделирования процесса теплообмена в почве, динамики ; влаги ь трехзвенной системе "почва - растение - атмосфера", влагопереноса в корнеобитаемом слое почвы, транспорта воды, в растительном покрова, процессов испарения вода с поверхности почвы и инфильтрации воды в почву.

Рассмотрим основные системы уравнений, описывающие процессы знерго- и массообмзна в системе ПРА.

В разделе 2.I описано моделирование радиационного режима и шкромпмат хлопкового поля. При рассмотрении блока радиационного режима ойределены интенсивности суммарных приходящих радиация и коэффициенты перехода от дневной суммарной коротковолновой радиации (КВР) к фотосинтетически активной радиации (ИР). Степень поглощенности радиацией посевом и почвой определяется функцией пропускания посева и альбедо посева ( Ар) и почвы ( ), которые в зависимости от состояния

увлажненности определяются соответственно следущиы образом:

o,2 ,ecim Pe*PeH

М-о,г CPt-P^lP^-PeVsvv^^V

. ; €CSVV\ fct

Аали

о,as «с*» WsWi Lo.iS «ctm W^NWp

где Pj - потенциал влаги в растении, PgM и -значения потенциала ышдаюсТи насщсния и завядашя растений, \Л/ - вЛааносТь пахотного слоя почвы, ' и \Л/г - соответственно влаглосТи насыщения и завя-даиия. '

Значения вертикального профиля длинноволновой -1 радиации, поглощенной, растительным покровом СРП) оп- ■ ределяется следущими соотношениями:

«с . Ц ^ 1

где Tp(j)~ температура фиТоэлеменТоТз j-ro яруса, Т^.^

Т^ку - сооТвеТсТвенио эффективная температура поверхности почвы и эффективная температура ПроТивоизлуче* ния неба.

Для расчета тэпловых потоков ыеаду поверхностью

почвы и РП ( 3 й ) и ыезду РП и атмосферой ( Л* ) соо' • вотстпошто принималось:

К» (-Т»я +ТрСиь))* (т^оя-ТрС^о) __ \

*

V *

Пря моделировании блока микроклимата и теплового режима почв ш предполагаем: 1. Посев является горизонтально однородным. 2. Процесс турбулентного тепло- и влагопе-реноса в посеве является стационарным. 3. Теплофизйческие свойства почвы зависят от ее агрегатного состава и влажности.

Исходя из этих предположений, уравнения можно записать в-следующем вида: ~

Уравнения турбулентного теплолореноса:

-А (Та-Тр)

Уравнения турбулентного влагопереноса:

Т" (к » ^ (^-ЧР)

а* 4 ах'

Уравнения теплового баланса фитоэлемэнтов;

£/а [С, О^Тр-Т^ХО,^ <,„)]

где К(х) - коэффициент турбулентного обмена, в -плотность фитоэдеыентов, и Оц - соответственно коэффициенты тепло- я влагообмеца на границе "лист - воздух", Яр - относительная влажность воздуха вцутри листа, -относительная влажность воздуха, ,/е» и Са - соответственно плотность и теплоемкость воздуха, X - скрытая теплота парообразования.

В работе приведены формулы для определения коэффициентов Яр, Оц » а токдо затраты тепла на турбулентный обмен и суммарная, транспирация посева.

Для расчета вертикального профиля температуры почвы использовалось уравнение теплопроводности:

где \ V - профиль температуры почвы, ооответствс!шо обьешал теплоемкость и теплопроводность Почвы, зависим; .в от ее влатлости V/ и плотности

Cs(w)s Со/г:-* XV- С, С>.Яа-С,ЬсГ*

иСС.-£'Д)ехр С-Ю (у^/рз ) сз

здесь Сд - константы, Св - удельная тепло-

емкость почвенного скелета, С - удельная теплоемкость воды.

Начальное условие для уравнения Теплопроводности почвы задается следующим соотношением:

т* Со,к)- V- еак.

ГД0 О»

ыаксимаиьная глубина, до.которой производится расчет и на которой принимается Т s С * ) / R на* * CON4T

В модели для расчета аэродинамического режима РП использовалось псщуэмпирическая зависимость.

Гршшчшо условия для уравнен!« турбулентного тепло-и влагопереноса на верхней границе РП определялись следующим образом: .

с!х

« О \ I

где ог ^ Р'^Р/ , п^ > уровень

над посевом, соответствующий уровда метеобудки, Нижние граничные условия для уравнения теплопроводности почвы задаются согласно второму закону Зурье:

Та С*/*) 1 X * Е МАХ с а сом &х

Для определение граничных условий на поверхности почвы используетоя метод присоединенной стенки Р.Л.ПолуэкТора. При этом на поверхности почвы выделяется некоторый модел:-ный слой с толщиной ¿Г3<< ^ , характе{шзущий величину шероховатости поверхности почвы. (С - величина пути смещения в межлистнои пространстве). Используя этот слой как гранту "почва - воздух", уравнения неразрывности вод/лого пара и переноса тепла в этом слое, можно записать в виде:

-/сCa kW iR

т "Г

гдо Ц^ и - величины, соответствующие D и D но относящиеся к слои

IIa aToil границе температура воздуха и почвы определялась как односторонние пределы:

L-o-J^sW

Аналогично для влаги:

w(o), w(<) <fa(°)*eift> яо0<)

. ( Для связи влагмостн в модельном слое WW с концентрацией паров в паровом пространстве почвы использовали ферцуду изотермы сорбции

t \ • I г ( cUw(oJ\tJ Я5(°Но[(-е*рЫ<Д -jl-) JJ

где К, - константа, с^д - средний диаметр почвенных частиц, <|0 - концентрация насыщенного пара, соответствующая тешературе поверхности почвы.

Последним условием замшеания модели является

уравнение теплового баланса на поверхности почвы:

эх

В раздело 2.2 дано моделирование блока водно-солевого режима, описание которого осуществлялось дифференциальным уравнением внда '

Ж X ™ * ^

где - объемная влажность почвы, Р^ - водный потен.. циал, Ад - влагопроводность почвы, представле!шая как функция объемной влажности и концентрации солей, Кмст -принималась постоянной величиной, Свмт - концентрация солей в почве, •а - температура почвы.

АЛ»

А,.

К з при С заит

К«, • ехр(е», +агС5Д1Т^)) ПРИ Сад >0

где, в свою очередь,

К,

«1 (-

Рк р*

* *

Т1РИ Р >Рн

ПРУ»

9 « Р

н

о

Здесь С1,;аг( -константы, Рн - давление влаж-

ности насыщения; ~ ^ушсцил насыцэния, имещая вид:

где SRjÇ. _ нормированная функция распределения площади поверхности корней по глубине X. , SR. - общая активная поглоцаная поверхность корней, Pç - водный потенциал растешй, £ С1"«,) - функция проводимости стенок корней.

Для связи W и Р использовалась основная гидрофизическая характеристика почвы.

Динамика солей в почве описана следущкм уравнением:

Ъ __ -э (с^ .у. Сььи-т)

^ Ъх

Граничные и начальные условия для уравнений влаго- и солепереноса задаются следу щиы образом:

<(*), eSAUT (*,о) = cl,T (*)

^ SAUT C^, ^Mtvjt^ S ^SAVT

m

При определении устьичного сопротивления и движения влаги внуири растений предполагается, что растение не обладает инерционностью, вследствие чего можно отовдествлять поток влаги, поступающий через корневую систему с потоком влаги, !Гранспирируемым листьями растений.

В конце раздела 2.2 предполагается новый способ расчета вертикального распределения влаги и солей в почве-грунте, основанный на применении теории распознавания образов и аорокссмической информации, полученной в процессе подспутниковых измерений на экспериментальном полигоне по изучению почвенного покрова в различных ее состояниях.

О ргздело 2.3 приводится описание блока роста и архитектоники. Исходной предпосылкой описания блока :

роста является уравнение вида

1,1 —

где ПГ^ - сухая биомасса j -го органа ( J = 1,4 ); , К р - коэффициент эффективного использования накопг ленных ассишляТов, О - суммарные, накопленные на день ассимштлты, сА) (4) - функция роста ] -го органа и имевдая следующий виц:

. ь м

йМ ' ...

Здесь и а М - прирост сухой биомассы j -го

органа и общей сухой биомассы за сутки соответственно.

Определение ¡А ¡' 0"} на основе экспериментальных дшшьк приводится в главе -4. .

Для определения б после некоторых упрощений и идентификации параметров использовалась модель О.А,Пыха, построенная для Сд- растений.

(ф (с**,У 5ИТ

где - темновое дыхание зависит от тенпературы фитозле-иентов, вИТ- шаг модели, функция интенсивнос-

ти фотосинтеза, имеющая вид:

Здесь СК ив - некоторые параметры, подлежащие мо-

дификации, ф«^ •* поглощенная ¡¡¡ЛР, СЯм/- концентрация СС2 в явдкой фазе.

Раздел 2.4. посвящен использованию дистанционной информации при построении имитационной модели продуктивности агроэкосистемы. Элементы дистанционного зондирования позволяют. експериментальным путем изучать спектральные радио-яркостные характеристики почвенио-растительного комплекса при создании эмпирических подмоделей этих процессов. <Угьв-диняя ети подмодели в цепи комплексно"!} динамической модели, увеличиваем ее разрешающую способность и расширяем область следующих практических задач,.решаемых с помощью данной модели: оптимальное планирование многоуровневых дистанционных экспериментов, выявление засоленности почв, прогнозирование урожайности, распознавание состояния природных обьек-

с

тога и т.д. Поскольку, метод .имитационного моделирования 'предполагает использование ЭШ, модель в ее окончательной форме можно представить следующей системой разностный уравнений:

М^'М»^!^А*)

1*дв М» [ *;)- матрица динамических переменных моделей

( "'•1,2...... {Н.^.-.-.Тр > М - чи^о

переменных моделей, 1(Э - число элементарных слоев почв Н растений, соответствующих изучаемой глубине почв и высоту РП.

(х»*5 иь5 I -Нр1 А*»р)

V- - матрица скоростей изменений соответствующих

переменных;

X,» | X, ] ] - матрица, характеризующая состояние внешней среда;

Д з вектор параметров модели.

Количественное описание системы ПРА с помощь» совокупности экологических и биологических сиртем уравнений было рассмотрено выше.

Математическое,описание блоков дистанционного зондирования РП и почвы в общем вида можно представить:

.....>

здесь и Сд - соответственно спектральные яркости РП и почв, й - влалность РП и прчв, Схл - концен-

трация хлорофила, и р - плотность РП - листовой индекс, - высота РП, С 5 - концентрация солей. При этом информация, используемая в построении имитационной модели поступает из трех видов источников: аэродио-танционных, специальных и штатных. Последние существуют независимо от разрабатываемой системы имитационного модели-

рования. Привлечение информации, получаемой средствами дистанционного зондирования при построении имитационной модели повысит не только оперативность в принятии необходимых агротехнических мероприятий, но и послужит дополнительным критерием доказательств ее работоспособности. Зтк результаты позволили в главе 1У создать систему автоматизации имитационного моделирования и управления продуктивности) агроэкосистеыы ПРА.

В разделе 2.5. дано применение теории дискретных адаптивных систем управления для оценки параметров комплексной модели агроэкосистемы. Вшз нами определены параметры отой системы при заданной или принятой структуре. Многие блоки комплексной модели системы ПРА являются объектами с распределенными параметрами (так, например, блок водно-солевого режима) и описываются уравнениями в часТ1шх производных с определенными начальными и краевыми условиями. В наиболее ' общем случае такое одномерное дифференциальное уравнение •' мокет быть записано в виде:

где "с - вре(ля, >с - пространственная координата,' -

переменная, характеризующая состояние системы ПРА .и момент времени •{: и в любой Точке пространственной координаты X . Предполагается, что распределенность имеется Только вдоль координаты К ( для блока водно-солевого редима она характеризует водный потенциал ); - вектор неизвестных параметров подели, который необходимо определить. В блоке водно-

солевого рекндо, отн неизвестные параметры 11017т бить температурой почпы - Т в , концентрацией солей в почво - О»лит, вяагопроводностьп почвы - Ади т.д.

Будем изшрлть состояние объекта в дискретные моменты

«м»

времени ^ и в конечном ряда Точек 2. « 1,2...... Я , расположенных на расстоянии л2. друг от друга. Заменяя указанное уравнение в частных производите уравненияш.в частных разностях, получим

(г* <,2,......* -Ь "о, л,....)

0,4) Р (г,^ - характеризуют граничные условия.

Дчя определетш параметра (X применим известную методику, основанцую на результатах теории адаптивных автоматических систем. С.этой цель» введен показатель качества

2=1

который представляет математическое ожидание функции потерь.

Величина г

представляет собой результаты измерений. Они могут отличаться от истинных значений на величину, определяем погрешность» измерений. Предположи!!, что величина погрешности измерения на каздом шаге представляет собой независимые случайные величины с нулевым средним и конечной дисперсией и воспользуемся итеративными алгорит-

мами теории адаптивных систем. Т0гда алгоритм оцбнки параметра' "<\" запишется так:

* <* 4-, ( Р* (*i

./6*4., .»P^E'O,** (МЧ?*^''4^

где v F означает градиент функционала f . При квадратичной функции потерь

f ,-ow /М- р М*

При этом, итеративный алгоритм упрощается и принимает вид ^

где удовлетворяет условию сходимости данного алгоритма. Для модели агроэкологпческой системы ПРА Y+'W^.

В главе III рассмотрены вопросы макроэкономического моделирования рыночных механизмов и прогнозирование последствий принимаемых решений.

В разделе 3.1. разработана макроэкономическая динамическая имитационная модель функционирования рыночной экономики. Эта модель, обладая блочной структурой, По своей сути отражает следующие основные процессы, формирования национальной экономики: блок ценообразования, блок производства, блок налогообразования, блок инвестиций, блок государственного бюджета и другие. 3 модели анатазируются воспроизводственные процессы в отраслях промышленности, сель-

ского хозяйства, строительства и инфраструктуры. Спектр входных параметров Модели распределен следующим образом; окзогенные, структурные, нормативные и управление. Подобная структуризация носит условный характер, так как некоторые нормативные параметры могут носить и управляющий характер и наоборот.

Ключевым блоком имитационной экономики является производственный процесс, который соединяет рынок труда и капитала с целью производства продукции анализируемых отраслей экономики.

На слсдущен этапа в процессе оценки вовчается система Нормативов и налогов для определения валового дохода в . отраслях экономики; с учетом системы нормативов и налогов (СНН) определяется чистый доход отраслей экономики.

Оцениваются показатели собственных инвестиций, фовды социального развития и заработной платы. Величина собственных инвестиций формирует часть инвестиционного блока модели. В инвестиционном блоко определяят'сл (как управляющие • переменные) такие показатели как инвестиции республики и иностранные инвестиции. В качестве другого источника берется показатель амортизационных отчислений.

Основной функцией инвестиционного блока является формирование прироста основных производственных фондов отраслей национальной экономии!. .Данный блок, осуществляя инвестиции в расширение фондов (капитала), приводит к функционированию экономики. В дальнейшем, посредством параметра фондовооруженности он связывается с блоком производства и, таким образом, цикл расширенного воспроизводства зомыкагтег.

В качестве обратной связи здесь используется параметр рри-ррста капитала.

Оценка величины основных производственных фондов производится путем показателя индекса цен основных фондов. Индекс цен играет роль управления и задается различными вариантам» в процессе имитации.

В блоке, ценообразования формируются варианты вероятного изменения индекса цен потребительских товаров, оптовых цен, цен материальных затрат. Остальные показатели цед определяются по линейным соотношениям. Вдесь за основу берется индекс цен нат продукцию машиностроительного комплекса» В модели изменение индекса цен взаимоувязывается с изменением средней заработной платы.

Елок налоговой политики (система нормативов и налогов) в основном воздействует на инвестиционный блок и'показато- . ли-доходов в блоке гоебкдаето и доходов населения. Ключевым управлявшим параметром имитационной модели является показатель отчислений в фонд развития и расширения отрасли. Налоговая политика государства в основном сосредоточена на этом показателе. От его уровня зависит нормальное функционирование частного и государственного секторов.

В демографическом блоке осуществляется оценка ряда демографических показателей« величина занятых и безработных за прогнозируемый период.

Следовательно, система задания различных сценариев развития экономических параметров позволяет продать модели качества экспертной системы. Здесь все основные входные.

параметры управления задаются экспертами, к выходные показатели также выбираится экспертами.-

Коыпактнал схема имитационной модели позволяет без ватруднений формировать широкий спектр вариантов инвес-тициогеюй и налоговой политики, политики цен и занятости, С помощь» модели можно проследить поведение национальной экономики за прогнозируемый период и дать качественные оценки как управлящим параметрам, так и струись

турныи изменениям в экономике государства.

В работе приводится система уравнений и взашлоспя-эей всех упомпцутых блоков модели Санкционирования рыночной экономики росдублики.

В качестве объекта иоедлирования исследуется национальная экономика Ресцублитги и, Таким образом, модель . будет отраяать специфтгские характеристики функционирования экономики от ого региона.

В условиях неопределенности, присущ0" нынешнего состоянию экономики республики, возникает необходимость разработки прогнозных моделей, проводить на их базе имитационные эксперименты и осуществлять принятие наилучших решений по реализации практически обоснованных вариантов развития. Тем самым появляется необходимость анализа экономики по математической модели на современных компьютерах. Для оценки будущего состояния экономики в этом разделе предлагается имитационная модель для системного анализа троекторий развития экономики республик».

Разработанная модель. состоит из различных блоков, оТразшопрк демографические процессы, пронзводотвеннцй-процесс, формирование бкдаета, доходов населения, ин-востиционцую и налоговую систецу и т.д. и представлена d вида разностных, балансовых и дефшиционных уравнений,

Одишом зшслмчитсльцую часть данной модели. «

Фона накопления ( H ) s этой модели оценивается с учетом корректирующего коэффициента поя (норма накопления): ( . '

Огсвда определяем величину -используемого национального довода:

ГДЗ CNP - величина национального продукта в неизменных: ценах.

с ' Переход к показателю произведенного национального дохода производится с учетом корректирующего коэффици-• ента- ftOR , отражавшего сальдо экспорта и импорта:

GMPi 5 поя*^ . 1GN Pt Далее определяем показатель прироста национального дохода республики:

V . (ЬМР*-

При этом, переменная обМРиграёт роль целевого показателя:

д gnp^ —»гоах- при "Ь —^

гдо Т - период прогнозирования.

Следовательно, по медали необходимо оценить такиэ вводные показатели развили экономики республики, при которых достигаются шкеималывда темпы роста как величины истребления, ток и национального дохода. Ключевую роль в достижении целевых установок по модели должны играть управляющие переменние ( «оц*( по«4 и т.д.), для которых строятся различные сценарии развития. В ходе экспериментов на ЯЗВИ с моделью выбираются такие траектории их изменения, при которых темпы прироста доходов населения и национального дохода достигают макешума.

В предцдущем раздело при описании макроэконишческой модели национальной экономики республики экологический фактор не учитывался. В разделе ае 3.2. осуществляется математический анализ разработанной модели с учетом данного параметра.

При макроиоделнровании эколого-эг.оноиического Состояния национальной экономики наряду сшсрепсшим! У4 следует ввести в рассмотрение еще одну переменную и , характеризующую объем загрязнения в году "Ь .. Тогда производственный процесс осуществляется по уравнении

где численность занятых растет с ПиСТояннш тегяадм :

гЛ'1). »а движение, фондов описыбается равенством: 'К-1

где М - коэффициент сохранности фондов; { - инвести-

ции. Они определяются как некоторая часть выпуска

^ 4 -Ч

предыдущего года

оставшаяся часть випуска

расходуется на потребление С^ч | . Зная производственную футсци» Р и коэффициенты с<#\>, на основе модели мокло строить различные траектории развития экономики. Выбор конкретной траектории определяется адбрром последовательности управляющих прраметров О^щ . -- •■■

Правде всего отметим, что происходит естественное самоочищение природы; от имеющейся в году ' "Ь объема загрязнения и^в году остается величина ^' .^-Ь , где С < ^ < I • Далео, выцуск продукции добавит но-выэ загрязнители в количестве Ц> »У^ц, где- - удель~( ноо загрязнение. Предполагаем^ что на борьбу с загрязнением вцделяется некоторая часть произведенного продува. Пусть

л (у)

- функция, указывающая долевой эффект от прииено-ния объема продукта V для борьбы с загрязнением. Считаем,

что с < лМ < I.

Тогда, объем загрязнения и.^ в году + < выразится равенством;

Предполагаем, что весь произведенный продукт расходуется на инвестиции, поТребленио и борьбу с загрязнешем:

Ч-ы8 * -ьч + , * V*.

Определим коэффициент (¡ = 1,2,3) равенст-

вом:

- 3G -

Понятно, что

Приводимые вило уравнения задают (при известных ^ ) зколого-зконошческуэ тхровдсль лсщиональной,економики. По^троешю траекторий d otqü модели осуществляется о но- '

» I

мощь» выбора управляющих параметров <%

Данная модель ориентировала на проведение прогноз^ иых расчетов nq развитии национальной экономики республики. Все экономические величины, участвующие в ней, могут быть определены по существуйте!! статистике, ?dtí гак необходимая информация по экологическим параметрам в офнциаль-. ной статистике представлена но полностью, nosToity относительно шве uoiyT бить высказаны некоторые достаточно правдоподобные гипотеза. Это относится к определенно зависимости Y от U > а тшехе и от V

Построенная модель позволяет.дать некоторые прогнозы, показывающие, как влияют ввделешог средстза на борьбу с загрязнением на величину основных шкроэкономйчоскнх переменных ( К-i,Ct )•

Считаем, что функция Р имеет вид:

/ \ . . . '-¡? .„-к Г (K,L,u,t)*¿-e K-L Ü

Здесь fí - показатель автономного научй-технического

прогресса' при фикскровагапк t . и фикция F переходит в

функции 1Собба-Ду1и:ас4; зависимость выцугка от загрязнения

является так&е, кок и зависимость от фондов, численности

занятых, степенной. Предполагается, ч*го С<5<^с«к<1#

.Если теми роста численности занятых принимать равный, еде-

- 37 -

» "

ниц04 *огда производственная функция принимает слэдущий

В случае, когда Е"=0 и затраты на борьбу с загрязненной нй*осуществляются, модель родоаетсч некоторому теоретическом/ анализу,

Рассмотрим зтот случай подробней. Тогда, имеем:

РСк.и)*^* •

Посколысу, по предположению У-о , модель задаемся соотношениями: .. _ - К

»м • и •

Первым шагом при анализе динамических моделей является, описание стационарных траекторий этой системы уравнений, Т.е.. траекторий, растущих с тем же тешом , что и рабочая сила. В нашем случае ¿С « I и поэтому речь идет о неподвижных точках этой системы. Понятно, что на стационарной траектории величина Л постоянна. Каждому значению управляющего параметра о. © (с, {) отвечает своя неподвижная точна и она. является решением системы:

которая при кш-дом а т:

имеет решение

- 38 -

НК у

где С.'Ы^]* -П^ ]1^'

Каздой неподвиетой точке

отвечает

потребление с (л) . Если, средства на борьбу с загрязнением не вццеляютсл, то-

О-аИ

Величина вьтуска » отвечающая неподвижной

Точке (^)ок)., у (л)) , имеет вид

поэтому -

сСоИн»).^..

Воспользовавшись фактом, что при Л >0 функция

достигает своего максимума на отрезке 0 в Точке , доказывается следующее утвервдешт:

- ^

.Значение параметра о 4 обладает тем

сеэйством, что потребление С(о$, соответстцующее неподвижной Точке

больие потребления ССо), соотвот-ствукщего любоцу другое значение с* : С Г-а}" мах С Со) Отметим, что а определяется линь производственной функцией Р и не зависит от величин , Р и .

Рассмотрим теперь неиодвихние точки ддя случая, когда расходы па борьбу с загрязнением учитывается. Пусть

(Я - доля выпуска, идущая на борьбу с загрязнением, 'огда на потребление и инвестиции расходуется 0-л*)доля выпуска* При этом коэффициент уменьшается и принимает значение ^ (аа> У) • ^.

Рассмотрим новую производственную функцию

р(к,и)* О-о^-Р/кд»)

Иными словами, г -к з\

Считая что - стипешая функция:

|Со<р<0

и предполагая, что доля выпуска Р 0е идущая на инвестиции (обозначим ее вновь через а ) постоянна, получим для неподвшшой Точки.

К (а), и (а) , отвечающей величине

следующую систему о-

К+Ч-У р ^

о»^ • о-*- ^. (»-«л Д • Н'• У

Та2! как _ , о- Г-

где

'Эта система уравнений может быть переписана в следующем видп: Л-0)-К=+с*-й-*'

-и

Доказывается, что ота система тлеет неподвижную точку (к(а),и(а)) вода: - -

I

где

' IV 0-о)иР

(иг) Г

^ V (о) * ¿г • »♦ смр^к-в

Потребление

, соответсгвуацее эгоГ; точке, имеет вид 'К".'""-

где . ^ /Г I -К

Максимальное потребление получается при значении параметра

г ■; •

• * в и-к.(ир) •

Сорила для

ССа]

дает явное выражение максимальных потреблений через з . Это обстоятельство позволяет численно . найти значение коэффициента ,при котором потребление, как функция этого коэффициента, максимально.

В разделе 3.3 приводится разработка вариантов ракочной стратегии для национальной економгаси республики. В процессе разработки прогнозных оценок макроэкономических показателей развития окономики Азербайджана били использованы результаты комплексного анализа экономической ситуации и экспертные оценки специалистов.

Проведённый с помощью построенной макроэкономической модели., всесторонний анализ развития отраслей промышленности, включающий металлургию, электроэнергетику, Топливную, машиностроительную, химическую, легкую, пищевую, лес^п, а также сельское хозяйство, строительство ' и инфраструктуру, позволил разработать' реалышо сценарии изменения управляющих' переменных и осуществить имитационные эксперименты с моделью на базе компьютера типа 1Ш РСДТ.

На первом этапе бдап проседеш пштацпоннда эксперименты с четырехсетЛорноП моделью. В процессе конструирования сценариев развития управляющих переменных используются три • наиболее вероятные рабочие гипотезы. По этим сценариям были проведены машинно - имитациоюще эксперименту с моделью и получено 27 вариантов прогнозных оценок показателей развития экономики республики на 1995 г. Системный анализ позврдил выбрать одть наиболео вероятных вариантов траекторий развития экономики республики.- В работе описаны указанные варианты и анализ результатов соо?во7сТБуш;нх экспериментов с моделью. Отметим, что в процессе исследования модель и постановка задачи могут меняться в зависимости от имеющейся информации н Полученных результатов. Данную модель мояно прис-

пособить и дан расчзТа различных вариантов налоговой и шгеестициошюй стратегии, структурной перестройки промышленности, сельского хозяйства и т.п.

В конце раздела привадится анализ макроэкономических показателей по десятиотраслевой имитационной модели.

,. Глава 1У посЕяп;е:1а рсиенио прикладных задач параметризации имитационного моделирования, идентификации и оптимизации процессов конкретных представителей околого-экономических систем.

В разделе 4.1. разработаны регрсссионно-сТаТисТическио меТоды параметризации радиояркосТных, Теплофизических и ростовых характеристик блоков продукционной агрсзносистеыы ПРЛ. При втом, в рабо'о приведены явные регрессионные соотношения для определения накопления биомассы различных частей (рстьов, стеблей, горной, генеративных органов) растений, для установления связи ее высоты, площади ассимилирующей поверхности листьев, глубины проникновения корней с их биомассой; определены распределения плочади ассимилирующей, поглощаодей поверхности листьев и корневой системы по выерте растений и т.д. Эти результаты далее в разделе 4.2 использованы при идентификации моделей блоков и системы в целом. Дня практического решения задач моделирования и идентификации процессов знерго-и изейообмена в системе ПРА применяем численные методы. Коротко огшш, например, схевд решения саванной задачи влаго_и солепереноса в почве, применяя неявную разностную схецу с линеаризацией. Тогда, получим:

п СЦМ ОчР С|*и) («^»-о

ь к

Здесь Р 0,}) - потенциал влаги в узле в I -И момент времени, А£С«,] и Аа О,)—- значения коэффициента влагопроводностя в некоторой средней точке соответственно ( 4•♦» ) -го и }-го слоя, Ь - Толщина слоев почвы, Коа " осмотический коэффициент ( постоянная величина); Т»ОЛ> - Температура $ -го слоя Почвы (в градусах "К Кельвина), концентрация солей в ^ -ом слое почвы,

4 СУ)

- интенсивность стока в ^ - ом слое,»а С а Ь являйся соответственно шагами численной схемы во времени и в пространстве. 1

После некоторых преобразований эти дискретные уравнения могут бить записаны в следующем виде:

Для коэффициентов С^С^, С^ и , участвующих в

этой- системе уравнений, приведены явные соотношения. Присоединяя к этой системе разностные аналоги граничных условий, после ряда упрощений, получим систецу МК-п линейных уравнений относительно переменных Р* в ^^ С »О р^би^.., гдо ИЕ. обозначает число слоев

почвы в ксрнеобнтаеиой зоне:

гдо

а А - известная Трехдиагональная матрица.

Для решения этой сисТеш уравнений воспользуемся методом факторизации, устойчивость которого обеспечивается в силу условий:

lc.il>lc.il-.

0 отом раздело приведены Также дискретные аналоги и функции источника £ , функции захвата солей ^, скорости потока воды и т.д.

Аналогичным образом разрабатываться алгоритмы численной реализации и для других уравнений, описывающих блоки и модели в целом! Отметшд, что при разработке модели, ее идентификации и проверки чувствительности, кроме экспериментальных данных по росту и развитии растений'(которые приведены в раздело 4.1) были использованы экспериментальные материалы, характеризующие аспекты рассматриваемой проблемы. В оставшейся части этого раздела приведены программные реализации комплексной ¡додели, посТроешпзе по блочному принципу, и результаты машинных экспериментов. Воспользовавшись результатами главы

т

II и главы 1УСразделы 4.1-4.2) в разделе 4.3 разработаны основные принципы автоматизации имитационного моделирования процессов энерго- и массообыена агроэкосистеш. Приведена блок-схема системы экспериментального и программного обеспечения имитационных динамических моделей продуктивное4"» агр<~-

экосистемы ПРЛ и снстеш ее автоматического уоравлошш. Описрииш принципы могут бить использованы при поступлении автоматизированных систем имитационного моделирования и : других представителей ЭХ. В разделе 4,4 предложены иет<щц оптимального управления росурсами национальной экономики ' рзецублики (с учетом экологического фактора) на базе моделей линейного динамического программирования. В разделе 4.5 развеваются принципы формирования эффективной социально-ориентированной экономической системы на базе ресурсно-экологической и макроэкономической динамической имитационной модели.

Результаты главы И и главы 1У (раздела 4,3 , 4.5) позволяют разрабатывать принципы построения автоматизированной системы имитационного моделирования для длнашпеи ресурсно-аконошчоских и макроэкономических соцпалыю-орпентпрешашшк систем.

ОСНОВНЫЕ ИЗИШГЫ

I. Многочисленные представители сложных технических, социально-экономических, природных и иных систем охватываются поняТйемп01(слого-экономическая систем^" (ЭЭС), которая в зависимости от математического описания, характера изменения параметров удобно классифицируется в ргшох вдей и представлений теории управления системами.

2. Решения разнообразных научно-технических проблем, связанных с совершенствованием методов управления такими сложными динамическими системами, служили основой исследования и разработки принципов формализации, математического и имитационного моделирования динамики ЭЭС..

3. Предложенный подход к задачам ЭЭС позволил с единых позиций рассмотреть вопросы имитационного моделирования, идентификации моделей, автоматизации нмитациошюго моделирования таких ватлых классов ЭЭС, каковыми являются агрозконо-мическая система ПРА, система оценки и прогноза макроэкономических показателей, процесс тепло-_п массообмена, соци-ально-ориенгировашая и ресурсно-эконошческая система и т.п.

4. Предложена общая схёш моделирования процессов энерго- и массообмена на сельскохозяйственном поле (агроэко-система ПРА) с целью прогноза водно-солевого и теплового режима хлопкового поля и управления режимами орошения. Разработанная модель продуктивности агроэкосистемы леаит в осно-ве""управления технологическими, процессами в земледелии и растениеводстве. ■ '

5. Разработан метод идентификации ростовых функций хлопчатника и параметров архитектоники наземной части и корневой система в процессе онтогенеза растений в системе ПРА.

6. Дано упрощенное описание блока микроклимата комплексной Модели знерго- и массообмена хлопкового поля.

7, Методами распознавания образов и имитационного моделпровашш с использованием аэрокосшческой информации разработана методика количественного описания и рас-

■ чета динамики вертикального распределения влаги и солей в почве - грунте. .

8. Предложена общая динамическая модель знерго- и массообмена хлопкового поля, объединяющая в единое целое псе блоки агроэкологичеспой системы.

9. Предложены регрессионно-статистические способы определения ростовых Функций ч параметров блока архитектоники растений, теплофизпческих параметров почв и радн-ояркостньк характеристик систеш ПРА. ■ -

^ « 10. Дано обоснование чпедешшх методов реализации на ЭВМ, как отдельных блоков модели, Так и модели в целом.

11. Разработан пакет прикладных программ, реализующий выбранную разностную схему для. агроэкосистеш ПРА,

12. Па основе пострренной комплексной модели и ее численной реализации проведены расчеты динамики: суточного хода радиациошюго и теплового баланса на различных стадиях развития посева, ход температуры на различ-

«ах глубинах почпо-груцта, вертикальных профилей температура и плотности а шетшстном пространстве. и температуры фитоэлемектов, движения плат н солей в почве, фотосинтеза, транспирации, роста растений И изменения архитектоники а процессе онтогенеза. .

13. Предложенная комплексная динамическая модель знерго- и дассообмена хлопкового поля мояот быть использована а различных областях агрометеорологии и агроэкологи-ческого мониторинга. При отом модель позволяет оценивать агрометеорологические и агрофизические условия формирования урожая, рассчитывать параметры реглш орошения, выполнять йгроглнштическис расчеты. Видоизменение этой модели позволяет редить задачу моделирования загрязнения и живучести экоснсгеш, нормирования выбросов двикуцепо источника загрязнения и т.п.

14. При наличии начальной неопределенности в описании ^процессов знерго- и массообмена сельскохозяйствен!их полей для идентификации моделей развиты рекуррентные алгоритмы адаптивных и обучающихся автоматичеешк систем.

15. Полученные результаты по моделировании процессов в агроэкологической системе ПРЛ позволяют проектировать т их основе соответствующие снстеш автоматизации пмптпцион-ного моделирования. • , , •

16. Па базе предложенной формализации слоаюй ЭХ ■ проведен комплексный системный слалнз зарубежного опыта перехода к ршочноП окономике. Это позволило определить наиболее узкие место и вэтшейиие «¡травления рефорш и теп с31,ил эффективно управлять состоянием национальной опоно-

вдки в переходный период»

17. Прсдоогсна социально-ориентированная недель (G0U) перехода к рыночной экономике.

18. Предложена программ проведения и иохшшм реализации основных направлений экономических реформ îia базе СОИ,

19, Разработана макроэкономическая динамическая .имитационная модель (для обоснования предложенной враг- . раымы реформ) функционирования рыночной экономики. При втом подробно раскрыты структуры предложенной: модели,

, 20, Предложен математический, анализ' макроэкономической модели национальной вкономики о учетом (экологического фактора.

21, Разработаны прогнозные оценки макроэкономических Показателей развития национальной зкеномшеи на . основе анализа развития экономики с поыевдз четырехсек-Торной имитационной модели.

22. Определены олтишлышо варианты шшзстици-онкой и налоговой стратегии ценообразования и занятости,;, бодкетной политики»

.23. Предложена схема сценарного формирования рыночных элементов, отрааавщих инвестиционную и налоговую политику, политшу ценообразования и занятости.

24. Разработана диалоговая система для проведения имитационных экспериментов с моделью, реализованной на персональные компьютерах IBM PC/AT.

25. Предложена схема сценарного формирования

рыночных олейснТоэ, отряяапцих инвестиционнуй и налоговую политику* политику цонообрагопснил и оонлГости, формирования свободных экономических зон в соответствии с особенностям» национальной экономики.

26. Разработана ресурено-эноношчеекая имитационная модель республики с учетом экологического фактора. Ого позволяв? продлояить реолмше сценарии 'изменения управляющих перэмеюшх и относительно плавный переход к рынку.

27, Разработанные штоды формализации функционирования ¿шитацкошого моделирования могу* быть использованы как элементы математического обеспечения АСУ ЭЭС.

0С1ШШ РЕЗИШШ ШУБЛШОЗАШ В СЛВДУВДИ РАБСГЛХ:

1. Ногаев АД". Подмодель радиационного реаима хлопчатника. Научн.-тохн. бшл. по агрофизике, }.*> 46, Ленингрод, Ш - 1981г.

2. Иагиеп Л.Т. ( Иепе'сов М.Л., Вол И.Л. Архитектоника хлопчатника и ее связь с накопленисммас.сы. - В кн. "Йизио-. логические основы продуктивности растений"., Ленинград,

АЭД - 1981г..

3. ПолуэкТов P.A., Нагиев Л.Т. В кн. "Норма реакций • растений а управлениа продукционными процессами", Ленинград, А5И - 1982г. ; ,

4. Заславский В. Г,, Нагиев А.Г. Моделирование движения влаги и солей в почвенной Толще хлопкового поля. ДАН Лзерб. ССР, том 30, Ts I - 1982г.

5. Пагиев АД. Цоделировацие процессов внгрго- и шссо-обшка хлопкового поля., Ленинград, А$И - 1983г.

6. Пагиев А.Т. Моделирование динамики архитектоники наземной части и корневой системы хлопчатника в течении вегетационного периода. Изв. Ali Азерб.ССР, сор. Техн. и физ.-ыат., в 4,- 1804г.

7. liantes Л,Т. Расчет Турбулентного Тепло- и плаголсре-иоса в посево. Изв. ill! Азерб. ССР, сор. биол., № 5 - 3904г.

• 0. Harneo А.Т, разработка комплексной динамической модели хлопчатника с целью управления продуктивностью, и прогнозирование урокая. - В сб. " Тезисы докладов конференции "Проблемы повышения культуры земледелия и урожайности хлопчатника на землях нового освоения"", Ташкент,- 1984г.

* 9, Пагиев АД. Определение ростовых функций хлопчатника. - D кн. "Проблемы экологического мониторинга и модэлиг ровашз экосистемы", Том 0, Ленинград, Гидрометеоиэдат - 1985г.

10. Нагаев АД. Моделирование фотосинтеза. и роста хлопчатника. Д-Ш Аэерб.ССР, т0м Gl, I? 5 - 1905г.

II. Абакаров Й.И,, Абдуллаев H.A., Пагиев АД. Экспериментальные нсследования и модельные расчеты температурного родима почв. Вост. с/х науки Агропрома Азерб.ССР, # 3,- 1980г.

Í2. Абдуллаев H.A., Пагиев АД. К шТодико математического моделирования динамики распределешш солей в почпо -грунте с использованием азрокосмнческой информации. "Сообц. ППО космических Исследований", вып. I, Баку - 1987г.

13. Абдуллаев H.A., Пагиев А.Т, Использование материалов дистанционного зоцчированпл в процессе управления

прйду^исностыо сельскохозяйственных культур. Востн.с/х науки Лгропрот Лзорб. ССР, Г> в - В07р. . _

14. Керимов З.А., I lemon Л.Т. Рогрессиошо-сТаТисТи-ческие методы определения некоторых характеристик системы ПРА и их использование при моделировании радиоционного режима. - В кн. "Сообщ. ШЮ космических исследований"., Баку -ECSr.

15. Пагисв А.Т. , Набисв 3.D., Алиев П.Г. Рогресси-ошю-оТаТнсТ:п;есш!о модели теплофнзнчзских параметров почвы и пх интерполяции. - В кн. 'Технические средства arpouoiuiTo-ринга"., Ленинград,- ЮС9г.

16. Цсгсудов И.Г., ГусеПнов' С.Б., Наглев Л.Т. 1С формированию теютературного режима почв. ВесТн. с/х науки Лгропрот Азерб. ССР, Г' 4 - 19Шг.

17. Набиев 3.D., Наглев Л.Т. 1С маТетТическоцу описаю® Теплофнзическгсс параметров по'т на осново зкеперпмен-

' тальник данных. Известия All Лзерб. ОСР, сер. бпод., I? 4 -ЮОЭг. •

18. Набнев Э.Ю., Лагяев Л.Т., Магсудов И. Г. Динамическая модель ТеаюпроподносТи увлаяняпщейся почвы. Материалы респ. почвенно-агрохиотческого совещания, Баку - I9G7i\

19. SoprvpiiOD Р. Г., Наглев Л.Т. Некоторые вопросы конечно-автоштногс моделировашя экологических систем. Изв. • АН Лзерб. ССР, сер. физ.- техн. и матем. наук, I? I,- Е90г.

20. Нагпев А.Т, 0 стационарных траекториях одной экономико-математической подели, учитывающей загрязнения. Материалы 2-оП ^урецко- АзербаГщглнской конференции, Баку -2992г.

21. фбивдв A.LI., Наглев А.Г, Элеиемти современной экономической теории. Билш;, Ваку - К93г. , с. 214.

22. fyptfaiioB Г.Г., Наглев Л.У., Ыгшэдов Я.Я. Элементы Программирования и вычислительной математики. "¡1рпадн "

Баку - ВЭ4г.

23. Нагнав Л.Т. О макроэкономической модели национальной экономики с учетом екологического фактора, Материалы конференции, посвященной 75-детню Б1У им. М.Э.Раиул-заде, Изд-во БГУ, Baity,- 1994г.

24. Нагиев Л.Т. Проблема формирования социально -ориентированной эффективной экономической системы. "Иршад", Баку - 1994г. о. 148,

X 1 ■ Л А С Э •

ДнзсохгггГойЗа игтисади-околожи (Н.Е.) систсмлэринин дг.тми--хасшкн фораалпшаси прнисипКэри вэ шитасиДа модсллэшдириямэ ~ онлии тодгири вэ иаиашэси мэсэлэоинэ Ьэср олугауидУр.Иртноади во еколожи оиотемлэрчн йэр ияион мурэккэб систем олуб вэ горл?)-лиглы олагоЗэ маликдир.бу бгаамдян Ьэр ихи систомин дштмикасн-пин формалавмаси принштлэршша вэ силррш кмитасиЗа моделлорн-1шн гурулшои проблеикнии бирлиидэ оЗрэнилмэси диссертасиЗадакм тидгигатлорш! осао иотмгамэглариии тешкия едир.ДиссортаоиЗпда (>у оаЬэдэ или дэфо олараг отрэккоб игтисади еколоми системии форла-лзпмасы йэ оиун эсаигнда имитаоиЛа иоделлэшмэсшшн автомстлаш -дыршмасы тэклиф одилмищднр.Игтисади-околояи системии фйрмалаи -ыасынш пркиоиготэри рзопубликвнии макроигтирадй вэ агроеколожи (торпог-битки-атмосфер-ТЕА) оиотемлэринин динамикасынин комплеко мо.вдлиииа гуруялжш просесицпэ косгорилт. —

Лгроеяосистешш (помбнг экини мисалэдда) епержи вэ кттло му-бадилзсинш комплекс дипгыик модели гурулмуадур.ЕУни замаида пам-быг экининш су,дуз во истилик режимлэри вэ суварыанын идпрэ олун-маси йагда прогиозлар вершшищдир.Лгроекосистемдэ Зарпагларарзсы атмосферин родиасйЗа.аеродиномия истилик вэ пэмлик р>з*1Шэри да -хил олмагла микроклимат блокунун модели гурулмуидур.Торпагда дуз-ларин вэ суЗун динямикаоыинн ри^ази модели, воришишлир. ЙгМ-дэ комплеко моделин мухтэлиф блокларвдш.Ьэм дэ бгтевлткдэ моделнн езппи йсасында адэди Ьесабламалар опаридакшдыр.Моде лдэ истяфадэ олунан фэрглэр схеаиния ЕМ-дэ реализасиЗасы гчун тэдбиги прог-рамлар пакети ишлэнилмищдир'.Фотосшггозин.торпагын иэмлик вэ дуэ-. лаша просёсй динамикасинда биткилэрин бэ^Умэси вэ ентогенез просесиндэ онларкн архитектоникасынын форлалапиасынш е^рэнишэ-си тчхн ИШ-рэ модел эсаокут эдэдя егссвердаентлэр оларчлмкддыр. Кьппле!сс дкяам'ик моделин еэтцдэ агроекосистемкн бо^тшз просеск-

-SSI

ни Da ароситсктоиикашпг! фпрмалашмаеьвш ишггаоиЗа сдои блоку_бир-лэвдщрмэси окда» огрометеоролкиЗа сэ дихэр саЬалэрвд истифадэ олунмага идкан ворир.

Модел агрозкосиотсмдэ моЬсудун фор^алашмасьашн агрометеорологи во агрофизики шэраитат гиЗмэтлэцдирмэj о, суварла реки -ыишш параметрлэришщ Ье.сабламагда вэ агрпклиматик Ьесабламалар апармага имкан верир.Иоделин гурулмасы просэсиндэ japana» тасэв-вурлэр вэ мУлаЬизэлэрдэн истифддэ етмэклэ екосистемин чирклэшэ-ои вэ Ьэрэкэтдэ олан чирклэцдиричи мэнбэлории тулланталарынын нормалаащырьиыасы мэсэлэсипин моделлэпщирилыэсиндэ кшлэнэ билэр.

, Мгрэккэб игтисади-еколоки сиотемлэрин формалашмасыныа тэк-лиф олунан модели базасында АзэрбаЗчан Республикасында милли иг-тисади реформации (макроигтисадиЗЗат учти) кечид деврувдэ эи my~ Ьум саЬэлэрипи араидщшго во он вачиб истигамэтлэрини муэЗЗэн-лэпдаираэЗэ имкан вергн вэ бир чох харичи довлэтлэрин тэчргбэсин-дэки ХУсусиЗЗэтлэри нсзэрэ алан базар мтнасибэтлоршин комплекс системли аналмзи спарылмыпщыр.Игтисади еЬтиЗатларш имитасиЗа мо-деллэщдирилмэсишш тэклиф олунан риЗази вэ имитасиЗа модели кео-торир ки.гашестиснЗа вз верки.кемртк, пфэт rojua вэ ыоигуллуг . ои^аеэтинин эк ^ахшы »ариантларынын сечилмэси шэраитшщэ респуб-ликанын потенсиал е&тиЗачларшын оптимал истифадэ олудаасы базар ыунасибэтлэрилэ гисмэн агрыоыз. кччмэЗэ имкан верир.Сооиал ja- -нумлт еффектли игтисади систем модели базасында , игтисади реформ прогреми:инвестисиЗа вэ верки сиЗясэтинин ги^мэт гоЗма вэ мэм-гуллуг сиЗаеэтиниь!, будчо сиЗасотниин эн Захшы вариантларынын ишлэшэои эсасыида еколожи фиитору да иэзэрэ алмаг шэрти илэ мак-роигтисади имитасиЗа модели- гурулмущдур.Нилли игтисадиЗЗатын xy-суоиЗЗэтлэринэ yjгун олараг инвестисиЗа вэ перчи сиЗасэтинин, гиЗмэт fojMa Вэ мэшгуллуг сиЗпоэтшш оэад игтисади зоналарын

-se-

¿врадылиаснны око отдйрэн йозар. аясмаодлэ^шм фориалсЕмасы ooe-иарилэрииил tnrctín írsitanj олуцур.Илиоади-саозояи систеилэрин так-лиф олуши коделлэри ооасыцда шшоои^а сиспоршентлоршинепэрыл-иасы YWH мгааирфорди ноцоттвряэрдэ рвалпзэ олуЛан диалог оно -теилэри иялэюнщрир..

SUHHARY

The thesis I? dsaltta with tha forslng of principle of econoiic-ecolcgical systeos dynaalcs and «lib the study oflcitatton oodelling and application.Tho econoalcal and ecological systjus both are complicated systems and have interrelation. Froe this point of vieu the study of fornlnc of prlrctples of both systen's dynaoics and study the problems of creation of their iiitation modelling is the tain ai» in the thesis,

For the first tiae the fornalizins of the complicated Econonic-EcolocicaJL Systea (EES) and the automatization of the initational modelling that is thB bases the above said has been proposed. The prlnriple of such a forming has been desonstrated in building th&-tlie coaplex model of agroecosystem of soil-plant-ataosphere (SPfl) end aacroeconosy of the republic,

. ~ The coiaplex dynamic nodel of energy and mass exchange in the agroecosystem SPfl Con the pattern of the cotton field) has been s?orked out. ^The prognoses of the uater-sall and heat rogine of the cotton field'and the nanagenent of irrigation regime have been ¡¿iven.The description of block of the mlcroclliate for the coisplex aodel of energy and uass exchange of the cotton field includiri" the radiation regime,aerodynamic regine.heat qnd humidity transféré in the inter-leaf space have been stated.

The quantatlve description of the processes In the movement of husstdity and salt in the soil has been proposed;

The numerical realization In the coaputer of the seperate blocks of models as well as the model in whole have ?lso been offered. The packet of applied programs that are realizing the chosen different scheme has been worked out,numerical experiments were carried out in the computer with the coraplex model in order to study the dynaaics of photo synthesis,transpiration pf the dynamics of humidity and salts movement in the soil, the growth of the plant and the change in their architectonics in the process of antogenesls;

The suggested coup lex dynanlr uorle 1 of the energy and mass exchange of the cotton field including the blocks of the lmilational growth and achitectonlc sowing can also be used in the other fields,for exanple in asroaethreologs.« The uodel allows to carry out. the estimation of agrosethreologicai and agrophysical condition of forming of the yield.to calculate the parameters of irrigation

regice.to carry out tha agroclinatlc calculations. Hlth the help of the uork dsvelopod in the creation of the said tsodel the task? of Bodolling tha pollution and vitality of the scosystea.noraing of the pollutant sources etc.can also bs solved.

On ths bases of the sold EES the complex syStenotic analyses of ths foreign experience of ths transfers to the narket was carried out, It allowed to reveal ths weak points and to find out tha Important.wayS of referas In the national econoay of Azerbaijan republic In the period of transferej

Tha suggested aodel of the resouree-econoalc lalt-ttonal sodelllng shous that the optlaal utilization of the potencial resources of the republic,taking Into account the best variants of investment and lax policy.price foraing and eoploynent will allou to siooth transfers of the republic to aarket.

The progra» for econoaical reforas on tha bases of tha social-oriented effective econoalcal systea Is suggested;

Ttis nacroaconoalc ialtatlonal lodel of the national econoay .....

(Including the ecological factor) vas worked out.lt is ths bases * of the suggested refora prograu to reveal the best nays for the investuent and tax policy, policy of price foraing and eaployaent, budget policy;

The scheao of .foraing of aarket oleaents reflecting the lnvestaént and tax policy,price foraing and eaployoent policy.foraing of the econoslc tones corresponding to the peculiarities of the national econoay has been suggested;

Dialogue systea for realization of ths laltational experinentg ulth the above sold aodols considered EES have beon worked out.Ths have been realized in the aodern personal'ioaputes,