розділ 2) та запроваджує процедуру формування математичної моделі міграції радіонуклідів в лісових екосистемах. Автоматизація побудови ММ передбачає підбір параметрів математичної моделі міграції радіонуклідів в лісових екосистемах. Завдяки запропонованій методиці стала можливою побудова математичних моделей міграції радіонуклідів в лісових екосистемах загального типу з подальшою деталізацією на конкретні види екосистем.
В частині проектування архітектури інформаційної системи, на основі формалізованих описів складових екосистеми та систематизації даних радіологічного моніторингу проведено проектування бази даних, за допомогою якої можна відтворити структуру екосистеми та автоматизувати процес побудови математичної моделі. Разом з проектуванням архітектури інформаційної системи розглянуто побудову інтерфейсу користувача, який реалізує багатоетапний підхід до побудови математичних моделей радіоекологічних процесів.
Як приклад автоматизованої побудови математичної моделі в інформаційній системі "Полинь" здійснено побудову математичної моделі міграції радіонуклідів в лісовій екосистемі сосняка чорнично-зеленомошного, використовуючи дані радіомоніторингу лісової екосистеми Поліського регіону, представлені в Міжнародну агенцію з атомної енергії (МАГАТЕ) [www.iaea.org] для верифікації математичних моделей вертикальної міграції радіонуклідів в лісових екосистемах.
Таким чином, в даному розділі буде визначено перелік процесів, що аналізуються в лісовій екосистемі, представлено опис лісової екосистеми у формалізованому вигляді, описано методику формування математичної моделі. Для автоматизації формування математичної моделі міграції радіонуклідів в лісовій екосистемі в даному розділі сформовано основні вимоги до інформаційної системи, описано її особливості та показано за рахунок яких заходів досягається автоматизація побудови математичної моделі міграції радіонуклідів в лісовій екосистемі.
3.1. Загальна схема формування математичної моделі міграції радіонуклідів в лісових екосистемах
При застосуванні математичного моделювання для дослідження міграції радіонуклідів в лісових екосистемах найважливішим етапом дослідження є формування математичної моделі процесу міграції радіонуклідів. Початковий етап формування моделі вимагає формалізації та встановлення закономірностей зміни характеристик компартментів екосистеми. В ході формування математичної моделі компартментної екосистеми, крім математичних моделей складових, необхідно також описувати відношення між складовими системи, що часто викликає ряд проблем, пов'язаних з визначенням описів фізичних процесів. Зазвичай екологічні процеси описують фахівці з предметної області, які власноруч формують математичну модель і використовують певну програмну систему лише на етапі чисельного аналізу математичної моделі, як інструмент для автоматизації обчислень. Такий шлях є трудомістким і неефективним з точки зору використання засобів автоматизації лише на остаточному, завершальному етапі досліджень. Тому доцільно проаналізувати можливість автоматизації також і початкових етапів побудови математичних моделей для тих видів екосистем, для яких розроблені формалізовані описи і визначені відношення між компартментами екосистеми. Для цього, необхідно розробити методику формування математичної моделі на основі формалізованих описів, що дозволить автоматизувати процес побудови та подальшого дослідження математичної моделі.
Визначення переліку радіоекологічних процесів, що аналізуються в математичній моделі
Розглянемо множину задач, що вирішуються в рамках радіоекологічних досліджень біогеоценозів. Табл. 3.1 ілюструє перелік радіоекологічних процесів, що досліджуються в біогеоценозах.
Таблиця 3.1.
Множина задач математичного моделювання в радіоекології
Перелік радіоекологічних процесівСкладові процесівАтмосфера (повітряна складова)Вплив метеорологічних явищ на МРНЗалежність зміни швидкості міграції радіонуклідів в екосистемі від зміни температури та вологостіРозповсюдження забруднення у повітріМіграція радіонуклідів, описана адвективною складовою дифузіїГідросфера (водні складові екосистеми)Утворення розчинних форм РНВилуговування РН з грунту або коренів рослинРозповсюдження забруднення у водіПеренесення РН з водними потокамиЛітосфераМіграція зв'язних форм 137СsМіграція РН за рахунок лессиважу (сухого просипання)Міграція РН у підстилціЗалежність зміни швидкості міграції радіонуклідів в підстилці Міграція РН у грунтахВертикальна міграція розчинних форм 137Сs по профілю грунтуБіогеохімічні циклиБаланс хімічних елементів Зв'язування розчинних форм 137СsБіогеоценозиПросторова структура біогеоценозуПеренесення РН за межі екосистеми, горизонтальна міграція РНМіграція забруднення в біогеоценозіМіграція РН між компартментами екосистемиПопуляційні процесиДослідження МРН у трофічних ланцюгахПеренесення РН по харчових ланцюгах
З таблиці 3.1 видно, що перелік процесів можна продовжити далі. Але врахування решти інших процесів у моделі не доцільно, оскільки надмірна деталізація процесів робить побудову математичної моделі занадто складною. Вивчення природних процесів нерозривно пов'язано з аналізом впливу погодних умов на досліджувані процеси. Однак, необхідність використання метеорологічних даних вносить у описи компартментів екосистем додаткові характеристики, які варіюють в межах доби (транспірація тощо). Використання даних характеристик у моделі недоцільно, оскільки в математичних моделях міграції радіонуклідів, що мають період напіврозпаду понад 1 рік, немає необхідності дослідження динаміки міграції радіонуклідів в межах доби - доцільніше розглядати щомісячну динаміку або річну. На радіоекологічних стаціонарах процедура пробовідборів здійснюється сезонно, і згідно з інструкціями проведення відборів проб з лісових ділянок не може бути здійснена щомісячно. Тому, для отримання даних за період в який вимірювання не проводились, необхідно скористатись методами наближення експериментальних даних