Проектирование и управление системами Земли

Проектирование и управление системами Земли (ESEM) — это дисциплина, используемая для анализа, проектирования, проектирования и управления сложными экологическими системами . Он включает в себя широкий спектр предметных областей, включая антропологию , инженерное дело , экологию , этику и философию . По своей сути ESEM стремится «рационально проектировать и управлять сопряженными человеко-природными системами высокоинтегрированным и этическим образом». ESEM — это новая развивающаяся область исследований, которая пустила корни в Университете Вирджинии , Корнелле и других университетах по всей территории Соединенных Штатов, а также в Центре инженерных исследований систем Земли (CESER) в Университете Ньюкасла в Соединенном Королевстве. Основателями дисциплины являются Брэйден Алленби и Майкл Горман.

Введение в ESEM

На протяжении веков люди использовали землю и ее природные ресурсы для развития цивилизации и развития технологий. «В качестве основного [ sic ] результата промышленных революций и связанных с ними изменений в человеческой демографии, технологических системах, культурах и экономических системах стала эволюция Земли, в которой в динамике основных природных систем все больше доминирует человеческая деятельность».

Во многих отношениях ESEM рассматривает Землю как человеческий артефакт. «Чтобы поддерживать постоянную стабильность как природных, так и человеческих систем, нам необходимо развивать способность рационально проектировать и управлять сопряженными человеко-природными системами высокоинтегрированным и этическим образом - возможности проектирования и управления системами Земли (ESEM)».

ESEM был разработан несколькими людьми. Особого внимания заслуживает Брэйден Алленби . Алленби считает, что в основе ESEM лежит идея о том, что «Земля в том виде, в каком она существует сейчас, является продуктом человеческого замысла». Фактически в мире уже не осталось природных систем, «не осталось на Земле мест, которые не подпадали бы под тень человечества». «Таким образом, вопрос не в том, стоит ли нам начинать ESEM, как хотелось бы некоторым, потому что мы делаем это уже давно, хотя и непреднамеренно.

Вопрос в том, возьмем ли мы на себя этическую ответственность за рациональное и ответственное проведение ESEM». В отличие от традиционного процесса проектирования и управления, «который предполагает высокую степень знаний и уверенности в поведении систем и определенную конечную точку процесса», ESEM «будет находиться в постоянном диалоге с [системами], поскольку они – и мы, и наши культуры – меняются и вместе развиваются в будущее». ESEM — это новая концепция, однако существует ряд областей, «таких как промышленная экология , адаптивное управление и системная инженерия , на которые можно положиться, чтобы обеспечить быстрый прогресс в разработке» ESEM как дисциплины.

Идея ESEM заключается в том, что наука и технологии могут обеспечить успешные и долгосрочные решения проблем, созданных человеком, таких как загрязнение окружающей среды и изменение климата. Это предположение недавно было оспорено в книге Techno-Fix: Почему технологии не спасут нас и окружающую среду .

Темы

Адаптивное управление

Адаптивное управление является ключевым аспектом ESEM. Адаптивное управление – это подход к управлению окружающей средой. Он предполагает, что существует большая неопределенность в экологических системах, и утверждает, что никогда не существует окончательного решения проблемы земных систем. Поэтому, как только действия будут предприняты, инженеру по системам Земли необходимо будет поддерживать постоянный диалог с системой, наблюдая за изменениями и развитием системы. Этот способ мониторинга и управления экосистемами принимает присущую природе неопределенность и учитывает ее, никогда не прибегая к одному определенному решению проблемы.

Проектирование систем Земли

Земли Инженерия систем — это, по сути, использование методов системного анализа при исследовании экологических проблем. При анализе сложных экологических систем существует множество наборов данных, заинтересованных сторон и переменных. Поэтому уместно подходить к таким проблемам с помощью метода системного анализа. По сути, существует «шесть основных этапов правильно проведенного системного исследования». Шесть этапов заключаются в следующем:

1. Определить цели системы
2. Установить критерии для ранжирования альтернативных кандидатов
3. Разрабатывать альтернативные решения
4. Ранжируйте альтернативных кандидатов
5. Итерировать
6. Действовать

Часть процесса системного анализа включает определение целей системы. Ключевые компоненты разработки цели включают разработку описательного сценария, нормативного сценария и переходного сценария. По сути, описательный сценарий «описывает ситуацию такой, какая она есть, [и] рассказывает, как она должна быть такой» (Гибсон, 1991). Другая важная часть описательного сценария заключается в том, как он «указывает на хорошие черты и неприемлемые элементы статус-кво». Далее, Нормативный сценарий показывает окончательный результат или то, как система должна работать в идеальных условиях после принятия мер. Что касается системного подхода, то «Нормативный сценарий» потребует наиболее сложного анализа. Нормативный сценарий будет работать с заинтересованными сторонами, создавая общую торговую зону или место для свободного обмена идеями, чтобы найти решение о том, куда можно восстановить систему или как именно ее следует модифицировать. Наконец, транзитивный сценарий представляет собой реальный процесс изменения системы из описательного состояния в нормативное. Часто не существует одного окончательного решения, как отмечается в адаптивном управлении . Обычно по мере изменения переменных и входных данных возникает итерационный процесс, а система развивается одновременно с анализом.

Наука об окружающей среде

Основная статья: Наука об окружающей среде

При исследовании сложных экосистем инженеру земных систем необходимо четко понимать, как функционируют естественные процессы. Обучение наукам об окружающей среде будет иметь решающее значение для полного понимания возможных непреднамеренных и нежелательных последствий предлагаемого проекта системы Земли. Фундаментальные темы, такие как углеродный цикл или круговорот воды, являются ключевыми процессами, которые необходимо понять.

Этика и устойчивое развитие

В основе ESEM лежит социальная, этическая и моральная ответственность инженера земных систем перед заинтересованными сторонами и перед проектируемой природной системой за разработку объективного переходного и нормативного сценария. «ESEM - это сам культурный и этический контекст». Ожидается, что инженер по системам Земли изучит этические последствия предлагаемых решений.

«Перспектива экологической устойчивости требует, чтобы мы задавались вопросом, как каждое взаимодействие с природной средой повлияет и будет оценено нашими детьми в будущем» «. «Растет осознание того, что процесс развития, предоставленный самому себе, может нанести необратимый ущерб окружающей среде и что результирующее чистое увеличение богатства и благосостояния человека вполне может быть отрицательным, если не катастрофическим». Учитывая эту концепцию, теперь появилась новая цель – устойчивое, экологически чистое развитие. Устойчивое развитие является важной частью разработки соответствующих ESEM решений сложных экологических проблем.

Промышленная экология

Основная статья: Промышленная экология

Промышленная экология – это идея о том, что основные производственные и промышленные процессы должны перейти от систем разомкнутого цикла к системам замкнутого цикла . По сути, это переработка отходов для производства новых продуктов. Это уменьшает количество мусора и повышает эффективность использования ресурсов. ESEM стремится свести к минимуму воздействие промышленных процессов на окружающую среду, поэтому идея переработки промышленных продуктов важна для ESEM.

Практический пример: Флорида Эверглейдс

Система Эверглейдс во Флориде является ярким примером сложной экологической системы, прошедшей анализ ESEM.

Фон

Флорида Эверглейдс расположена на юге Флориды. Экосистема по сути представляет собой субтропическое болото с пресной водой, состоящее из разнообразной флоры и фауны. Особого внимания заслуживают скопления травы и гряды, которые делают Эверглейдс уникальными. В течение прошлого столетия присутствие человечества в этом регионе увеличивалось. В настоящее время все восточное побережье Флориды застроено, а население увеличилось до более чем 6 миллионов жителей. Это возросшее присутствие с годами привело к перенаправлению воды с традиционного пути через Эверглейдс в Мексиканский залив и Атлантический океан. Это имело различные пагубные последствия для Эверглейдс во Флориде.

Описательный сценарий

К 1993 году Эверглейдс пострадал от многочисленных антропогенных событий. На поток и качество воды повлияло строительство каналов и дамб, а также ряда эстакад, проходящих через Эверглейдс к обширной сельскохозяйственной зоне Эверглейдс, которые загрязнили Эверглейдс большим количеством азота. Результат такого уменьшения потока воды был впечатляющим. Произошло сокращение популяций болотных птиц на 90–95%, сокращение численности рыб и проникновение соленой воды в экосистему. Если Эверглейдс во Флориде останется достопримечательностью США, необходимо принять меры.

Нормативный сценарий

В 1993 году Инженерный корпус армии проанализировал систему. Они решили, что идеальной ситуацией было бы «навести порядок в воде». При этом улучшится сток через Эверглейдс и уменьшится количество каналов и дамб, направляющих воду в приливы.

Переходный сценарий

Именно на основе разработки Нормативного сценария Инженерный корпус армии разработал CERP, Комплексный план восстановления Эверглейдс. В плане они определили график реализации проектов, ориентировочную стоимость и конечные результаты улучшения экосистемы за счет процветания местной флоры и фауны. Они также описывают человеческие преимущества проекта. Решение не только будет устойчивым, поскольку будущие поколения смогут наслаждаться Эверглейдс, но и корректировка стока воды и создание хранилищ уменьшат возникновение засух и нехватки воды в южной Флориде.

См. также

• Обзор дизайна
• Экологический менеджмент
• Промышленная экология
• Устойчивое развитие
• Системная инженерия

Публикации

• Алленби, БР (2000). Инженерия систем Земли: мир как человеческий артефакт. Мост 30 (1), 5–13.
• Алленби, БР (2005). Реконструкция Земли: технологии и окружающая среда в эпоху человека. Вашингтон, округ Колумбия: Island Press. С https://www.loc.gov/catdir/toc/ecip059/2005006241.html.
• Алленби, БР (2000, зима). Проектирование и управление системами Земли. Журнал IEEE Technology and Society, 0278-0079 (зима) 10-24.
• Дэвис, Стивен и др. Эверглейдс: экосистема и ее восстановление. Бока-Ратон: Сент-Люси Пресс, 1997.
• «Эверглейдс». Комплексный план восстановления Эверглейдс. 10 апреля 2004 г. https://web.archive.org/web/20051214102114/http://www.evergladesplan.org/
• Гибсон, Дж. Э. (1991). Как сделать Системный анализ и декалог системного аналитика. В WT Scherer (ред.), (изд. осени 2003 г.) (стр. 29–238). Департамент системной и информационной инженерии: Университет Вирджинии. Проверено 29 октября 2005 г.,
• Горман, Майкл. (2004). Программа весеннего семестра 2004 г. Получено 29 октября 2005 г. с https://web.archive.org/web/20110716231016/http://repo-nt.tcc.virginia.edu/classes/ESEM/syllabus.html .
• Холл, Дж.В. и О'Коннелл, Ч.П. (2007). Проектирование систем Земли: превращая видение в действие. Гражданское строительство, 160 (3): 114–122.
• Ньютон, Л.Х. (2003). Этика и устойчивость: устойчивое развитие и моральная жизнь. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл.

Внешние ссылки

• Класс преподается весной 2004 г. в Университете Вирджинии по программе ESEM.
• Статья UVA о весеннем курсе 2004 г. Архивировано 15 ноября 2005 г. в Wayback Machine.
• Класс преподается в январе 2007 г. в Университете Вирджинии по программе ESEM.
• Статья Алленби об ESEM
• Центр инженерных исследований систем Земли при Университете Ньюкасла