А. Колесников
Третий Ангел вострубил, и упала с неба большая звезда, горящая подобно светильнику, и пала на третью часть рек и на источники вод. Имя сей звезде полынь; и третья часть вод сделалась полынью, и многие люди умерли от вод, потому что они стали горьки.
Откровение Святого Иоанна Богослова, гл. 8, ст. 10,11
Кто-то точно подметил, что разговор о погоде становится интересным лишь при первых признаках конца света. Сегодня ученые и политики обсуждают проблемы погоды на глобальных форумах, да и простые люди начинают потихоньку интересоваться погодой, причем не только на ближайшие выходные, но и вообще… Атмосфера - огромная, сложнейшая, распределенная, динамическая система. Предсказывать ее поведение чрезвычайно трудно, часто просто невозможно. Глядя на висящие в небесной синеве замысловатые облачные структуры, мы не всегда задумываемся о том, насколько масштабные и драматические процессы происходят там, в вышине. Совсем иное впечатление оставляет ускоренная съемка облачного неба. Картинка эволюции роящихся облачных масс невольно наводит на размышления о природе времени и смысле земного существования. Схожие, но более тревожные мысли навевают кадры, изображающие расползание смога над крупными мегаполисами или, хуже того, постепенной диффузии ядерного гриба… Все мы помним старые черно-белые учебные фильмы, повествующие о формировании зон заражения после атомного взрыва. Они классифицируются по степени опасности. Вблизи эпицентра располагается "мертвая" зона сплошного интенсивного заражения. Далее, в зависимости от направления ветра, зоны распределяются в виде вложенных друг в друга эллипсоидов рассеивания. В принципе, схожей будет картина распространения и любого другого загрязнителя от точечного источника, например, от дымящей трубы, взорвавшегося реактора или апокалиптической звезды из библейского пророчества. Процесс распространения загрязнителя в атмосфере - это процесс рассеивания и смешивания его частиц с частицами воздуха. На ход этого процесса существенное влияние оказывают собственные движения воздушных масс, то есть ветра. В одной и той же местности они дуют в различных направлениях с определенной частотой. Данные о частотах ветров наносятся на особую диаграмму, имеющую романтическое название, воспетое во множестве бардовских песен, - роза ветров. Частицы загрязнителя попадают от первоначального источника в соседние области. Затем из областей, непосредственно примыкающих к источнику, распространяются уже в их окрестностях, и так далее. Сам характер этого процесса указывает на то, что для моделирования рассеивания загрязнителя в атмосфере можно использовать подход, основанный на идеологии клеточных автоматов. В этом случае исследуемый участок представляется в виде клеточного поля. На поле помечаются клетки, в которых находятся эпицентры распространения загрязнения или заражения. Затем концентрацию загрязнителя в каждой клетке поля можно, например, приближенно оценивать по формуле:
(1)
где ak
- это массив из девяти элементов, содержащий вероятности ветров соответствующих восьми направлений и вероятность штиля. Само собой разумеется, что девять вероятностей ветров различных направлений, включая вероятность штиля, должны в сумме давать единицу. C*
k
- это вектор из девяти элементов, содержащий концентрации загрязнителя в соседних с данной восьми клетках и в ней самой. Шаг за шагом для всех клеток поля вычисляется сумма произведений концентраций в соседних восьми ячейках на соответствующие вероятности ветров. К сумме прибавляется еще и произведение вероятности штиля на концентрацию загрязнителя в самой текущей клеточке. Для нормальной работы программы необходимо иметь две копии клеточного поля. В одной из копий следует хранить предыдущее поколение, а в другой - последующее. При смене поколений содержимое последующего поколения становится предыдущим. Из расчетов исключаются крайние ряды ячеек. Это делается для того, чтобы избежать "пограничных" проблем при применении формулы (1). Повторяя расчеты многократно, мы можем наблюдать динамику формирования эллипсоидов рассеивания во времени. При разовом "впрыске" загрязнителя в какую-либо ячейку он быстро рассасывается по клеточному массиву. Для получения более выразительной картины рассеивания в предлагаемом на врезке фрагменте программного кода "впрыск" загрязнителя в соответствующие ячейки осуществляется в начале расчета каждого очередного поколения. Значения концентраций выбросов вводятся в ячейки в неких произвольных единицах.
Для восприятия результатов моделирования важна раскраска клеток. В приведенном программном фрагменте использован алгоритм, переводящий значения концентраций загрязнителя в различные градации яркости цветов - от темно-красного до темно-зеленого. При этом высокие значения концентраций изображаются оттенками красного, который, по мере снижения Z, переходит в желтый, а затем постепенно затухает до темно-зеленого цвета.
Конечно, для по-настоящему точных моделей процессов рассеивания атмосферных загрязнителей следует обращаться к намного более прецизионным методикам, чем та, о которой шла речь. Но все же в данном случае вам нет необходимости решать головоломную систему умопомрачительных дифференциальных уравнений в частных производных на суперкомпьютере астрономической стоимости. При помощи этой несложной программки вы можете выполнить некое небольшое занимательное миниисследование по компьютерному моделированию экологической ситуации в вашем районе, городе или области в пределах временных рамок одной лабораторной работы.
DefByte I-K
DefInt L-N
Dim G As Byte
Dim a(1 To 9) As Single
Dim b(1 To 200, 1 To 200) As Single
Dim c(1 To 200, 1 To 200) As Single
Dim Color As Long
Dim Zmin As Single
Dim Zmax As Single
Dim R As Single
Dim R4 As Single
Dim Z14 As Single
Dim Z24 As Single
Dim Z34 As Single
Private Sub Form_Click()
a(1) = 0.05
a(2) = 0.05
a(3) = 0.1
a(4) = 0.1
a(5) = 0.1
a(6) = 0.1
a(7) = 0.1
a(8) = 0.15
a(9) = 0.25
z = 7
Zmin = 0
Zmax = 2
R = Zmax - Zmin
R4 = R / 4
Z14 = Zmin + R4
Z24 = Z14 + R4
Z34 = Z24 + R4
n = 50
G = 50
For f = 1 To G
b(35, 35) = z
b(45, 15) = z / 2
For i = 2 To n - 1
For j = 2 To n - 1
c(i, j) = 0
k = 0
For l = -1 To 1
For m = -1 To 1
k = k + 1
c(i, j) = c(i, j) + a(k) * b(i + l, j + m)
Next m
Next l
Next j
Next i
For i = 1 To n
For j = 1 To n
Color = SetColor(c(i, j))
Line (6 * (i - 1), 6 * (j - 1))-(6 * i - 1, 6 * j - 1), Color, BF
b(i, j) = c(i, j)
Next j
Next i
Next f
End Sub
Public Function SetColor(z As Single) As Long
Dim t As Byte
Select Case z
Case Is < Zmin
SetColor = RGB(0, 63, 0)
Case Zmin To Z14
t = 63 + 192 * (z - Zmin) / R4
SetColor = RGB(0, t, 0)
Case Z14 To Z24
t = 255 * (z - Z14) / R4
SetColor = RGB(t, 255, 0)
Case Z24 To Z34
t = 255 * (1 - (z - Z24) / R4)
SetColor = RGB(255, t, 0)
Case Z34 To Zmax
t = 63 + 192 * (1 - (z - Z34) / R4)
SetColor = RGB(t, 0, 0)
Case Is > Zmax
SetColor = RGB(63, 0, 0)
End Select
End Function
Другие работы по теме:
Экология – школьный предмет или образ жизни?
Размышление преподавателя о важности введения предмета "Экология" в программу общеобразовательной школы. Главное для учителя биологии и экологии, чтобы дети научились видеть проблемы охраны природы, размышлять, пытались как-то сами изменить ситуацию.
Экология как наука
Как самостоятельная наука экология сформировалась приблизительно к 1900 г. Термин "экология" был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Следовательно, это сравнительно молодая наука.
Игра Жизнь и компьютерное представление о мире и Боге
Игра "Жизнь" и "компьютерное" представление о мире и Боге 1. Введение В статье излагается спекулятивная гипотеза о материи, пространстве, времени и Боге, навеянная бурным развитием компьютерной техники за последние 20 лет. Отправной точкой служит одна сравнительно новая математическая теория, а именно теория клеточных автоматов (cellular automata).
«Экологическая обстановка в месте проживания студента»
Дисциплина «Экология» общим объемом 68 час (17 час –лекций, 17 час практ занятий, 34 час срс: изучение материалов лекций – 5 ч, подготовка к пр зан. 6 ч, изучение материала, не излагаемого на лекциях 23 час) изучается в 1 семестре, сопровождается сплошным рейтингом и завершается зачетом
Автоматы с магазинной памятью
Автоматы и преобразователи с магазинной памятью играют важную роль при построении автоматно-лингвистических моделей различного назначения, связанных с использованием бесконтекстных (контекстно-свободных) языков. В частности, такие устройства используются в большинстве работающих программ для синтаксического анализа программ, написанных на различных языках программирования, которые во многих случаях можно рассматривать как бесконтекстные.
Автоматы с магазинной памятью
Автоматы и преобразователи с магазинной памятью играют важную роль при построении автоматно-лингвистических моделей различного назначения, связанных с использованием бесконтекстных (контекстно-свободных) языков. В частности, такие устройства используются в большинстве работающих программ для синтаксического анализа программ, написанных на различных языках программирования, которые во многих случаях можно рассматривать как бесконтекстные.
Автомат
Слово "автомат" в переводе с древнегреческого языка означает "самодействующий". Человечеству самодействующие устройства известны с древнейших времен. Еще в эпоху фараонов в Египте были созданы механизмы, которые "сами" открывали двери храмов.
Кречётка
Введение 1 Распространение 2 Гнездование 3 Экология Список литературы Введение Кречётка, или степная пигалица[2] (лат. Vanellus gregarius) — вид птиц из семейства ржанковых.
Тускляк бронзовый
Введение 1 Описание 2 Распространение 3 Экология и местообитания 4 Галерея Список литературы Введение Тускляк бронзовый[2] (лат. Amara aenea) — вид тускляков из семейства жужелиц и подсемейства харпалин (Harpalinae).
Коровка изменчивая
Введение 1 Описание 2 Экология 3 Изменчивость 3.1 Hippodamia variegata doubledayi 3.2 Hippodamia variegata variegata Список литературы Коровка изменчивая
Скосарь репный
Введение 1 Описание 2 Экология 3 Подвиды Список литературы Введение Скосарь репный, или слоник шершавый[1] (Otiorhynchus raucus) — вид долгоносиков-скосарей из подсемейства Entiminae.
Айлантовый шелкопряд
Введение 1 Распространение 2 Описание 3 Развитие 4 Экология 5 Галерея Список литературы Введение Айлантовый шелкопряд, или цинтия (лат. Samia cynthia) — вид павлиноглазок из подсемейства Arsenurinae. Гусеницы используются человеком для получения шёлка, но не является одомашненным видом, как тутовый шелкопряд (Bombyx mori).
Рапсовая блошка
Введение 1 Распространение 2 Экология и местообитания 3 Агроэкология 4 Субвидовые таксоны 4.1 Вариетет 4.2 Подвиды 4.3 Аберрации Список литературы Введение
Большой еловый чёрный усач
Введение 1 Описание 2 Распространение 3 Экология и местообитания 4 Размножение 5 Галерея Список литературы Большой еловый чёрный усач Введение Большой еловый чёрный усач[1] (лат. Monochamus sartor) — вид жуков подсемейства ламиин (Lamiinae) из семейства усачей (Cerambycidae).
Коровка люцерновая двадцатичетырёхточечная
Введение 1 Распространение 2 Описание 3 Экология и местообитания 4 Галерея Список литературы Введение Коровка люцерновая двадцатичетырёхточечная[1] (лат. Subcoccinella vigintiquatuorpunctata) — вид божьих коровок.
Скосарь одиночный
Введение 1 Описание 2 Экология 3 Галерея Список литературы Введение Скосарь одиночный[1] (лат. Otiorhynchus sulcatus) — вид долгоносиков-скосарей из подсемейства Entiminae.
Лесной таракан
Введение 1 Распространение 2 Описание 3 Экология и местообитания 4 Галерея Список литературы Введение Лесной таракан[1] (лат. Ectobius sylvestris) — вид тараканов и семейства блаттеллид и подсемейства Ectobiinae.
Щелкун посевной западный
Введение 1 Распространение 2 Описание 2.1 Проволочники 3 Экология Список литературы Введение Щелкун посевной западный (лат. Agriotes ustulatus) — вид щелкунов из подсемейства Agrypninae.
Красноногий щелкун
Введение 1 Распространение 2 Описание 2.1 Проволочники 3 Экология Список литературы Введение Красноногий щелкун (лат. Melanotus villosus) — вид жуков-щелкунов.
Щелкун пилоусый
Введение 1 Распространение 2 Описание 2.1 Имаго 2.2 Проволочник 3 Экология и местообитание Список литературы Щелкун пилоусый Введение Щелкун пилоусый (лат. Actenicerus sjaelandicus) — вид щелкунов из подсемейства Agrypninae.
Щелкун волнистый
Введение 1 Распространение 2 Описание 3 Экология Список литературы Щелкун волнистый Введение Щелкун волнистый (лат. Diacanthous undulatus) — вид щелкунов из подсемейства Dendrometrinae.
Щелкун дубравный
Введение 1 Распространение 2 Описание 2.1 Личинки 3 Экология и местообитания 3.1 Развитие Список литературы Введение Щелкун дубравный (лат. Lacon querceus) — вид щелкунов из подсемейства Agrypninae.
Щелкун береговой
Введение 1 Распространение 2 Описание 2.1 Проволочник 3 Экология Список литературы Введение Береговой щелкун (лат. Hypnoidus riparius)— вид щелкунов подсемейства Negastriinae.
Атлантическая сельдевая акула
План Введение 1 Внешний вид 2 Размножение 3 Экология Список литературы Введение Атлантическая сельдевая акула, или ламна[1] (лат. Lamna nasus) широко распространена в северной части Атлантического океана от Средиземного моря и берегов Южной Каролины до залива Св. Лаврентия, Ньюфаундленда и западной части Баренцева моря.
Мармеладная муха
План Введение 1 Описание 2 Экология и местообитания 2.1 Питание 2.2 Паразиты 3 Галерея Введение Мармеладная муха (лат. Episyrphus balteatus) — род мух-журчалок из подсемейства Syrphinae.
Компьютерная зависимость
Text Text Graphics Компьютерная зависимость. Graphics Термин «компьютерная зависимость» определяет патологическое пристрастие человека к работе или проведению времени за компьютером. . Graphics
Географическая информационная система
Text История ГИС: Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.) Ленинский период (нач. 1970е — нач. 1980е гг.) Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время)
Компьютерная томография 3
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИКО-СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра медицинской информатики Итоговая работа На тему: «компьютерная томография»
Палеонтология
Палеонтология - наука о вымерших организмах. Окаменелости или фоссилии - объект палеонтологических исследований. Подразделения палеонтологии: палеозоология, палеоботаника, микропалеонтология, палеоэкология, тафономия.