Динаміка хімічного забруднення лісових вододілів: нові дані по кореляційній розмірності і елементам хаосу в часових рядах

Автори: Ю.Я. Бунякова

Рік: 2015

Випуск: 19

Сторінки: 36-40

Анотація

Викладено покращений теоретичний підхід для вивчення часової і просторової структури хімічного забруднення лісистих водозборів і розглянуто його застосування в разі завдання про часову динаміці зміни концентрацій фосфатів і сульфатів. Виявлені хаотичні особливості в структурі хімічного забруднення вододілів на основі методу кореляційної розмірності, застосованого до аналізу емпіричних часових рядів. Як конкретний приклад, чисельно вивчена динаміка чвертьсуточних значень концентрацій фосфатів і сульфатів, витрат води для лісистого водозбору Maleno (Малі Карпати, Словаччина) в 1991/1992 року. Чисельно оцінені співвідношення між кореляційною розмірністю і розмірністю вкладення. Кінцеві значення кореляційної розмірності для вивчених рядів значень концентрацій фосфатів і сульфатів, витрат води свідчать, що всі вони демонструють хаотичну поведінку. Наявність елементів хаосу в кожному з досліджених часових рядів на розглянутому часовому інтервалі зумовлює можливість трансформації динаміки концентрацій забруднюючих речовин на інші часові масштаби, фактично переходячи від одного локального тимчасового масштабу до іншого, зокрема, більш глобального. Тим самим, для гідроекологічних систем принципіально можливим стає сценарій так званої автомодельності.

Теги: концентрації фосфатів і сульфатів; кореляційна розмірність; лісові водозбори; стохастичність; хімічне забруднення

Список літератури

  1. Бунякова Ю.Я. Анализ и прогноз влияния антропогенных
    факторов на воздушный бассейн промышленного города /.
    Ю.Я. Бунякова, А.В. Глушков. – Одесса: Экология, 2010.-
    256 с.
  2. Глушков А.В. Низкоразмерный хаос в временных рядах
    концентраций загрязняющих веществ в атмосфере и
    гидросфере / А.В. Глушков, В.Н. Хохлов, Н.Г. Сербов,
    Ю.Я. Бунякова, К. Балан, Е.Р. Баланюк // Вестник Одесского
    государственного экологического университета.-2007.-N4.-
    C.337-348.
  3.  Glushkov A.V., Svinarenko A.A., Buyadzhi V.V., Zaichko P.A.,
    Ternovsky V.B. Adv.in Neural Networks, Fuzzy Systems and Artificial
    Intelligence, Series: Recent Adv. in Computer Engineering.
    Gdansk: WSEAS, 2014, vol.21, pp. 143-150. (Ed.: J. Balicki)
  4.  Khokhlov V.N., Glushkov A.V., Loboda N.S., Bunyakova Yu.Ya.
    Short-range forecast of atmospheric pollutants using non-linear
    prediction method. Atmospheric Environment. The Netherlands:
    Elsevier, 2008, vol. 42, pp. 7284–7292.
  5.  Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Prepelitsa G.P., Tsenenko I.A.
    Temporal changing of the atmosphere methane content: an influence
    of the NAO. Optics of atmosphere and ocean, 2004, vol. 4,
    № 7, pp. 593-598.
  6.  Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Bunyakova Yu.Ya. Renormgroup
    approach to studying spectrum of the turbulence in atmosphere.
    Meteor. Climat. Hydrol, 2004, no. 48, pp. 286-292.
  7.  Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Tsenenko I.A. Atmospheric
    teleconnection patterns and eddy kinetic energy content: wavelet
    analysis. Nonlinear Processes in Geophysics, 2004, vol. 11, no. 3,
    pp. 285-293.
  8.  Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Serbov N.G, Bunyakova Yu.Ya.,
    Balan A.K., Balanjuk E.P. Low-dimensional chaos in the time series
    of the pollution substances concentrations in atmosphere and
    hydrosphere. Herald of Odessa State Environmental University,
    2007, no. 4, pp. 337-348.
  9.  Serga E.N., Bunyakova Yu.Ya., Loboda A.V., Mansarliysky V.F.,
    Dudinov A.A. Multifractal analysis of time series of indices of the
    Arctic, the Antarctic and the Southern Oscillation. Ukr. gìdrometeorol.
    ž – Ulrainian Hydrometeorology Journal, 2013, no. 13,
    pp. 41-45.
  10.  Schreiber T. Interdisciplinary application of nonlinear time series
    methods. Phys. Rep., 1999, vol. 308, pp. 1-64.
  11.  Grassberger P, Procaccia I. Measuring the strangeness of strange
    attractors. Physica D, 1983, vol. 9, pp. 189–208.
  12.  Havstad J.W., Ehlers C.L. Attractor dimension of nonstationary
    dynamical systems from small data sets. Phys. Rev. A., 1989,
    vol. 39, pp. 845–853.
  13.  Berndtsson R., Jinno K., Kawamura A., Olsson J., Xu S. Dynamical
    systems theory applied to long-term temperature and precipitation
    time series. Trends in Hydrol, 1994, vol. 1, pp. 291–297.
  14.  Barnston A.G., Livezey R.E. Classification, seasonality and persistence
    of low-frequency atmospheric circulation patterns. Mon.
    Wea. Rev., 1987, vol. 115, pp. 1083-1126.
  15.  Morlet J., Arens G., Fourgeau E., Giard D. Wave propagation and
    sampling theory. Geophysics, 1982, vol. 47, pp. 203-236.
  16.  Nason G., von Sachs R., Kroisand G. Wavelet processes and
    adaptive estimation of the evolutionary wavelet spectrum. J. Royal
    Stat. Soc., 2000, vol. B-62, pp. 271-292.
  17.  Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Loboda N.S., Ponomarenko E.L.
    Computer modelling the global cycle of carbon dioxide in system
    of atmosphere-ocean and environmental consequences of climate
    change. Environmental Informatics Arch, 2003, vol.1, pp. 125-130.
  18.  Mandelbrot B.B. Fractal Geometry of Nature. N.-Y.:
    W.H. Freeman, 1982.
  19.  Bunyakova Yu.Ya., Glushkov A.V. Laser emission analysis of the
    fractal dusty atmosphere parameters. Preprint of the I.I. Mechnikov
    Odessa Nat.Univ., NIIF., N4.-Odessa, 2004.
  20.  Inhaber H. A set of suggested air quality indices for Canada. Atmos. Environ., 1975, vol. 9, pp. 353–364.
  21. Ott W.R., Thom G.A. Critical review of air pollution index systems
    in the United States and Canada. J. Air Pollut. Contr. Assoc.,
    1976, vol. 26, pp. 460–470.
  22.  Bunyakova Yu.Ya. Air pollution field structure in the industrial
    city’s atmosphere: New data on stochasticity and chaos. Ukr.
    gìdrometeorol. ž – Ulrainian Hydrometeorology Journal, 2014,
    no. 15, pp. 22-26.
  23. Глушков А.В. Хаос-геометрический подход к моделированию
    временных флуктуаций концентраций загрязняющих веществ
    в речной воде / А.В. Глушков, Н.Г. Сербов, А.К. Балан,
    И.А. Шахман, Е.П. Соляникова // Український
    гідрометеоророгічний журнал.-2014.-N15.-P.183-187.
  24.  Сербов Н.Г. Многофакторный системный и мультифракталь-
    ный подходы в моделировании экстремально высоких павод-
    ков (на примере р. Дунай) и временных флуктуаций концен-
    траций загрязняющих веществ в речной воде / Н.Г. Сербов,
    А.К. Балан, Е.П. Соляникова // Вісник ОДЕКУ.-2008.-Вип. 6.-
    C.7-13.
  25.  Сербов Н.Г. Многофакторный системный и
    мультифрактальный подход к моделированию экстремально
    высоких паводков на примере р. Дунай/ Н.Г. Сербов,
    Д.Е. Сухарев, А.К. Балан // Український гідрометеор. журнал.-
    2010.-N7.-C.167-171.
  26.  Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Bunyakova Yu.Ya., Grushevsky
    O.N., Solyanikova E.P. Studying and forecasting the atmospheric
    and hydroecological systems dynamics by using chaos theory
    methods. Dynamical Systems Theory. Polland, 2013, vol. T1,
    pp. 249-258. (Eds.: J. Awrejcewicz et al).
  27.  Svoboda A., Pekarova P., Miklanek P. Flood hydrology of Danube
    between Devin and Nagymaros in Slovakia. Nat. Rep.2000 of the
    UNESKO. Project 4.1. Intern.Water Systems, 2000, 96 p.
  28.  Pekarova P., Miklanek P., Konicek A., Pekar J. Water quality in
    experimental basins.- Nat. Rep.1999 of the UNESKO.-Project 1.1.
    Intern.Water Systems, 1999, 98 p.
Завантажити повний текст (PDF)