Моделювання та прогнозування динаміки забруднення гідроекологічних систем за допомогою методів теорії хаосу: уточнені дані щодо забруднення вододілів річок малих Карпат

Автори: О.В. Глушков, О.Ю. Хецеліус, М.Г. Сербов, Ю.Я. Бунякова, А.К. Балан, Б.Б. Буяджи

Рік: 2015

Випуск: 19

Сторінки: 88-94

Анотація

У статті представлені о уточнені кількісні дані по динаміці забруднення різних гідроекологічних систем, зокрема, часовій динаміці зміни концентрацій нітратів і сульфатів у ряді вододілів річок Малих Карпат у Східній Словаччині. Різні методи і алгоритми теорії хаосу (хаос-геометричного підходу) і теорії динамічних систем використані у найбільш досконалих версіях. Представлені нові більш точні дані, що характеризують хаотичну поведінку часових рядів концентрацій нітратів і сульфатів для ряду вододілів річок Малих Карпат. Для відновлення відповідного атрактору, попередньо обчислюються час затримки (часовий лаг) і розмірності вкладення. Шукані параметри визначаються з використанням методів автокореляційної функції та середньої взаємної інформації. Крім того, застосовані більш досконалі версії методу кореляційної розмірності і алгоритму помилкових найближчих сусідів. Представлений також розрахований спектр Фур’є концентрації нітратів для водозбору Ондава-Стропков за період 1969-1996гг.

Теги: вивчення та прогнозування; вододіли Малих Карпат; гідроекологічні динамічні системи; методи теорії хаосу; нітрати і сульфа-ти концентрації

Список літератури

  1. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Bunyakova Yu.Ya., Prepe-litsa G.P., Solyanikova E.P., Serga E.N. Non-linear prediction method in short-range forecast of atmospheric pollutants: low-dimensional chaos. Dynamical Systems – Theory and Applications. Łódź, Poland, 2011, no. LIF111, pp. 1-6.
  2. Glushkov A.V., Kuzakon’ V.M., Khetselius O.Yu., Prepelitsa G.P., Svinarenko A.A., Zaichko P.A. Geometry of Chaos: Theoretical basis’s of a consistent combined approach to treating chaotic dy-namical systems and their parameters determination. Proceedings of International Geometry Center, 2013, no. 6 (1), pp. 43-48.
  3. Glushkov A.V., Kuzakon’ V.M., Khetselius O.Yu., Bun-yakova Yu.Ya., Zaichko P.A., Geometry of Chaos: Consistent combined approach to treating chaotic dynamics atmospheric po-lutants and its forecasting. Proceedings of International Geometry Center, 2013, no. 6 (3), pp. 6-13.
  4. Glushkov A.V., Serbov N.G., Svinarenko A.A., Buyadzhi V.V. Chaos-geometric analysis of time series of concentrations of sul-phur dioxide in the atmosphere of the industrial city (on example of the Gdansk region. Ukr. gìdrometeorol. ž.– Ukranian hydrometeo-rological journal, 2014, no.15, pp.238-241.
  5. Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Tsenenko I.A. Atmospheric teleconnection patterns: wavelet analysis. Nonlinear Processes in Geophysics., 2004, no. 11(3), pp. 285-293.
  6. 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 (Elsevier), 2008, no. 42, pp. 1213-1220.
  7. Khokhlov V.N., Glushkov A.V., Loboda N.S., Serbov N.G., Zhur-benko K. Signatures of low-dimensional chaos in hourly water level measurements at coastal site of Mariupol, Ukraine. Stoch Environ Res Risk Assess (Springer), 2008, no. 22 (6), pp. 777–788.
  8. Bunyakova Yu.Ya., Glushkov A.V. Analysis and forecast of the impact of anthropogenic factors on air basein of an industrial city. Odessa: Ecology, 2010. 256 p.
  9. Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Serbov N.G., Bunyakova Yu.Ya., Balan A.K., Balanyuk E.P. Low-dimensional chaos in the time se-ries of concentrations of pollutants in an atmosphere and hydro-sphere. Vìsn. Odes. derž. ekol. unìv.– Bulletin of Odessa state envi-ronmental university , 2007, no.4, pp.337-348.
  10. Glushkov A.V. Analysis and forecast of the anthropogenic impact on industrial city’s atmosphere based on methods of chaos theory: new general scheme. Ukr. gìdrometeorol. ž.– Ukranian hydromete-orological journal, 2014, no.15, pp.32-36.
  11. Serbov N.G., Khetselius O.Yu., Balan A.K., Dudinov A.A. Prediction of chaotic processes in hydro systems based on the concept of attrac-tor neural network and campaign. Ukr. gìdrometeorol. ž.– Ukranian hydrometeorological journal, 2013,.no.13, pp.86-91.
  12. Serbov N.G., Balan A.K., Solyanikova E.P.,Multivariate system and multifractal approaches in modeling extreme high floods (for exam-ple, p. Danube) and temporal fluctuations in the concentrations of pol-lutants in the river water. Vìsn. Odes. derž. ekol. unìv.– Bulletin of Odessa state environmental university , 2008, no.6, pp.7-13.
  13. Kennel M.B., Brown R., Abarbanel H. Determining embedding dimension for phase-space reconstruction using a geometrical con-struction. Physical Review A. , 1992, no. 45, pp. 3403-3411.
  14. Pekarova P., Miklanek P., Konicek A., Pekar J. Water quality in experimental basins. National Report 1999 of the UNESKO.-Project 1.1.-Intern.Water Systems, 1999, pp. 1-98.
  15. Glushkov A.V. Methods of a chaos theory. Odessa: Astroprint, 2012.
  16. Gallager R.G. Information theory and reliable communication. New-York, Wiley, 1986.
  17. Lanfredi M., Macchiato M. Searching for low dimensionality in air pollution time series. Europhysics Letters 1997, 1997, pp. 589-594.
  18. Koçak K., Şaylan L., Şen O. Nonlinear time series prediction of O3 concentration in Istanbul. Atmospheric Environment (Elsevier), 2000, no. 34, pp. 1267-1271.
  19. Grassberger P., Procaccia I. Measuring the strangeness of strange attractors. Physica D., 1983, no. 9, pp. 189–208.
  20. Gottwald G.A., Melbourne I. A new test for chaos in deterministic systems. Proc. Roy. Soc. London. Ser. A, Mathemat. Phys. Sci., 2004, no. 460, pp. 603-611.
  21. Svoboda A., Pekarova P., Miklanek P. Flood hydrology of Dan ube between Devin and Nagymaros in Slovakia. Nat. Rep.2000, UNESKO.-Project 4.1.-Intern.Water Systems. 2000. 96 p.
  22. 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)