Моделирование и прогнозирование динамики загрязнения гидроэкологических систем с использованием методов теории хаоса: I. Уточненные данные по динамике загрязнения водоразделов рек Малых Карпат

Авторы: А.В. Глушков, О.Ю. Хецелиус, Н.Г. Сербов, Ю.Я. Бунякова, Б.Б. Буяджи, Е.П.Соляникова

Год: 2015

Номер: 16

Страницы: 184-188

Аннотация

Данная работа продолжает наши уточненные количественные исследования динамики загрязнения различных гидроэкологических систем, в частности, временной динамике изменения концентраций нитратов в ряде водоразделов рек Малых Карпат в Восточной Словакии. Различные методы и алгоритмы теории хаоса (хаос-геометрического подхода) и теории динамических систем использованы в наиболее совершенных версиях. Представлены новые более точные данные, характеризующие хаотическое поведение временных рядов концентраций нитратов для ряда водоразделов рек Малых Карпат. В предыдущих работах (см.[1]) для восстановления соответствующего аттрактора, предварительно вычислялись время задержки (временной лаг) и размерности вложения. Искомые параметры определялись с использованием методов автокорреляционной функции и средней взаимной информации. Кроме того, были применены более совершенные версии метода корреляционной размерности и алгоритма ложных ближайших соседей. Представлен также рассчитанный спектр Фурье концентрации нитратов для водосбора Ондава-Стропков за период 1969-1996гг. Здесь мы приводим новые более точные результаты по корреляционной размерности (d2), размерности вложения (dE), размерности Каплан-Йорка (dL), среднему пределу предсказуемости (Prmax) и параметру хаоса К для концентраций нитратов для ряда водоразделов.

Теги: водоразделы рек Малых Карпат; гидроэкологические динамические системы; изучения и прогнозирования; методы теории хаоса; нитраты и сульфаты концентрации

Список литературы

  1. Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Bunyakova Yu.Ya., Prepelitsa 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 dynamical 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., Bunyakova Yu.Ya., Zaichko P.A., Geometry of Chaos: Consistent combined approach to treating chaotic dynamics atmospheric polutants 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 sulphur dioxide in the atmosphere of the industrial city (on example of the Gdansk region. Ukr. gìdrometeorol. ž.– Ukranian hydrometeorological 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., Zhurbenko 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 series of concentrations of pollutants in an atmosphere and hydrosphere. Vìsn. Odes. derž. ekol. unìv.– Bulletin of Odessa state environmental 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 hydrometeorological 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 attractor 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 example, Danube river) and temporal fluctuations in the concentrations of pollutants 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 construction. 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 Danube 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.
Скачать полный текст (PDF)