New geography-mathematic approaches in the tasks of design of distribution of harmful admixtures in an atmosphere

Authors: Bunyakova Yu.Ya

Year: 2015

Issue: 16

Pages: 46-50

Abstract

It is presented a qualitative overview of the new conceptual approaches, which are based on the provisions of the chaos theory, dynamical systems theory, fractal geometry, analysis of Lyapunov exponents, and others, to problems of modeling the propagation of pollution impurities in the atmosphere of industrial cities and predicting the evolutionary dynamics. We summarize the main ideas of these approaches with emphasis on the analysis of time series of concentrations of pollution impurities in the atmosphere, as well as an analysis that shows that the chaotic regime of the time evolution of the characteristics of deterministic dynamical systems, in particular, the application of ecological systems is, in fact, a non-linear phenomenon which in principle can not be described on the basis of the classical linear regular-dynamic models.

Tags: chaos theory; dynamical system; nonlinear analysis; phase space; the problem of modeling the propagation of pollution impurities in the atmosphere

Bibliography

  1. Lorenz E.N. Deterministic nonperiodic flow. J. Atmos. Sci., 1963, vol. 20, pp. 130–141.
  2. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы: Пер. с англ. / Б. Мандельброт. – М.: Институт компьютерных исследований, 2002. – 656 с.
  3. May R.M. Simple mathematical models with very complicated dynamics. Nature, 1976, vol. 261, pp. 459–467.
  4. Lichtenberg A.J., Liebermann M.A. Regular and chaotic dynamics. NY: Springer-Verlag, 1992. 482 c.
  5. Lanfredi M., Machhiato M. Searching for low dimensionality in air pollution time series. Erophys. Lett., 1997, vol. 40, pp. 589–594.
  6. Chelani A.B. Predicting chaotic time series of PM10 concentration using artificial neural network. Int. J. Environ. Stud., 2005. vol. 62, pp. 181–191.
  7. Бунякова Ю.Я. Новый подход в моделировании динамики загрязнения атмосферы промышленных городов (на примере Гданского региона) // Тези доповідей IX наукової конференції молодих вчених ОДЕКУ.– Одеса, 2009. – С.142.
  8. Глушков А.В. Хаос во временных рядах концентраций загрязняющих веществ в атмосфере: краткосрочный прогноз / А.В. Глушков, H.C. Лобода, В.Н. Хохлов, Н.Г. Сербов, А.А. Свинаренко, Ю.Я. Бунякова // Вісник Одеського державного екологічного ун-ту. – 2008. – Вып.5. – C.225–235.
  9. Bunyakova Yu.Ya., Glushkov A.V., Dudinov A.A. Short-range forecast of atmospheric pollutants using non-linear prediction method. Abstr. of the European Geosciences Union General Assembly 2011, Vienna (Austria), 2011, pp. A3.4.
  10. Paluš M., Pelikán E., Eben K., Krejčíř P., Juruš P. Nonlinearity and prediction of air pollution. Artificial neural nets and genetic algorithms. Wien: Springer, 2001, pp. 473–476 (Eds: V. Kurkova, N.C. Steele, R. Neruda, M. Karny).
  11. Русов В.Д. Астрофизическая модель глобального климата земли / В.Д. Русов, А.В. Глушков, В.Н. Ващенко. – Київ: Наукова Думка, 2003. – 212 с.
  12. Rusov V.D., Glushkov A.V., Vaschenko V.N., Myhalus O.T., Bondartchuk Yu.A. et al. Galactic cosmic rays – clouds effect and bifurcation model of the earth global climate. Part 1. Theory. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. The Netherlands: Elsevier, 2010, vol.72, pp.498–508.
  13. Русов В.Д. О фрактальном механизме взаимосвязи между генезисом, размером и содержанием атмосферних аэрозолей в раличных регионах Земли / [В.Д. Русов, В.Н. Павлович, Р. Илич, Р. Ячимович, Ю.А. Бондарчук и др.] // Український антарктичний журнал. – 2006. – № 4–5. – С. 137–159.
  14. Glushkov A.V., Loboda N.S., Khokhlov V.N. Neural networks & multifractal modelling the frustrated aquifer systems. “Underground” hydrology and global Earth angular momentum disbalance resources. Water resources in Asia Pasific Region. Kyoto (Japan), 2003, pp.1355–1358.
  15. 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.
  16. Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Bunyakova Yu.Ya., Bykowszczenko N. Modelling air pollution field structure in the industrial city’s atmosphere: Correlation integral method and fractal dimension. Geophysical Research Abstracts (Abstr. of the European Geosciences Union General Assembly 2006. Vienna (Austria), 2006, vol. 8, pp.00806.
  17. 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.
  18. Glushkov A.V., Khokhlov V.N., Loboda N.S., Bunyakova Yu.Ya. Modeling greenhouse gas concentration fields using chaos theory. 18 th. Intern. Symp. Transport and Air Pollution. May 18 – 19, 2010. Dubendorf (Switzerland), pp.06.
  19. Бунякова Ю.Я. Структура поля загрязнения атмосферы промышленного города: стохастичность и эффекты хаоса / Ю.Я. Бунякова, А.В. Глушков, В.Н. Хохлов // Метеорология, климатология, гидрология. – Одесса, 2005 – Вып. 49. – С. 347– 352.
  20. Глушков А.В. Хаос во временных рядах концентраций загрязняющих веществ в атмосфере (г. Одесса) / А.В. Глушков, Э.Н. Серга, Ю.Я. Бунякова // Вісник Одеського держ. екологічного ун-ту. – 2009. –Вип. 8. –C. 233–238.
  21. Gottwald G.A., Melbourne I. Testing for chaos in deterministic systems with noise. Physica D., 2005, vol. 212, pp. 100–110.
  22. Packard N.H., Crutchfield J.P., Farmer J.D., Shaw R.S. Geometry from a time series. Phys. Rev. Lett., 1980, vol. 45, pp. 712–716.
  23. Песин Я.Б. Характеристические показатели Ляпунова и гладкая эргодическая теория // Успехи математических наук. – 1977. – Т. 32. – С. 55–112.
Download full text (PDF)