Динамика химического загрязнения лесных водосборов: новые данные по корреляционной размерности и элементам хаоса во временных рядах

Авторы: Ю.Я. Бунякова

Год: 2015

Выпуск: 19

Страницы: 36-40

Аннотация

Изложен улучшенный теоретический подход для изучения временной и пространственной структуры химического загрязнения лесистых водосборов и рассмотрено его применение в случае задачи о временной динамике изменения концентраций фосфатов и сульфатов. Обнаружены хаотические особенности в структуре химического загрязнения водоразделов на основе метода корреляционной размерности, примененного к анализу эмпирических временных рядов. В качестве конкретного примера, численно изучена динамика четвертьсуточных значений концентраций фосфатов и сульфатов, расходов воды для лесистого водосбора Maleno (Малые Карпаты, Словакия) в 1991/1992 года. Численно оценены соотношения между корреляционной размерностью и размерностью вложения. Конечные значения корреляционной размерности для изученных рядов значений концентраций фосфатов и сульфатов, расходов воды показывают, что все они демонстрируют хаотическое поведение. Наличие элементов хаоса в каждом из исследованных временных рядов на рассмотренном временном интервале предопределяет возможность трансформации динамики концентраций загрязняющих веществ на другие временные масштабы, фактически переходя от одного локального временного масштаба к другому, в частности, более глобальному. Тем самым, для гидроэкологических систем принципиально возможным становится сценарий так называемой автомодельности.

Теги: концентрации фосфатов и сульфатов; корреляционная размерность; лесные водосборы; стохастичность; хаос; химическое загрязнение

Список литературы

  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 — Ukrainian 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 мультифрактальный подходы в моделировании экстремально высоких паводков (на примере р. Дунай) и временных флуктуаций концентраций 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.
Скачать полный текст (PDF)