Рассмотрены некоторые аспекты математического моделирования экосистем на основе использования данных наблюдений за вектором состояния системы. Предложен метод конструирования прогностического уравнения для переменной состояния, сочетающий преимущества нейронной сети и эволюционного алгоритма. Этот метод тестируется на имитационной системе функций и затем применяется к рядам данных наблюдений за состоянием экосистемы Азовского моря. Обсуждены полученные результаты.

Многолетние архивные наблюдения за гидрологическим и гидробиологическим состоянием Азовского моря использованы для идентификации структуры модели его экосистемы. Дополненная экспертными оценками потребления биоресурса (рыбных запасов), уровня загрязнения и возможных экологических штрафов за нарушение естественного состояния моря модель экосистемы формализована методом системной динамики. При этом основная часть функций влияния найдена по данным наблюдений с применением алгоритмов самоорганизации. Приведены результаты имитационных экспериментов с моделью экосистемы, позволяющие анализировать сценарии ее поведения при различных внешних воздействиях (ветер, речной сток, водообмен с Черным морем и пр.).

Предложена методология моделирования морских эколого-экономических процессов, основанная на системных принципах природопользования. Описаны методы адаптивного баланса влияний, самоорганизации структуры нейронной сети с применением генетических алгоритмов, объектно-ориентированного описания процессов. Раскрыты возможности использования агентов управления в уравнениях моделей, а также восстановления пространственно-временных полей по фрагментарным данным. Приведены результаты исследования энергетических потоков в экосистемах, особенностей формирования пространственной неоднородности распределения планктона, межгодовой изменчивости биомассы хамсы. Освещены проблемы моделирования морских эколого-экономических систем в контексте устойчивого развития таких систем, как море - суша, планктон - рыба - рыбный промысел.

Предложена динамическая эколого-экономическая модель, основанная на аналогии математического описания природных и экономических процессов. Такой подход позволяет с единых позиций рассматривать весь комплекс взаимодействующих факторов. Численные эксперименты, выполненные с помощью упрощенного варианта этой модели, показали ее работоспособность и возможность использования в качестве инструмента имитационного моделирования в системах принятия решений.

Рассмотрена задача восстановления (интерполяции и экстраполяции) вертикальных профилей гидрохимических и гидробиологических элементов по неполным данным с одновременной фильтрацией короткопериодных составляющих на основе разложения по эмпирическим ортогональным функциям. Для расчета коэффициентов разложения профилей, в которых имеются пропуски, использован генетический алгоритм. Приведены результаты обработки массивов данных по кислороду, хлорофиллу "а" и биогенным элементам, полученных в Черном море с 1982 г. по 1993 г. Средняя ошибка восстановления профилей позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый метод обладает существенными преимуществами перед традиционными.

Отмечено, что имитационное моделирование эволюции планктонного сообщества позволяет осуществлять непрерывный мониторинг динамики энергетических потоков в системе и оценивать соотношения между ними в различных звеньях трофической сети. Проанализированы результаты такого мониторинга, выполненного с использованием объектно-ориентированной модели, и приведены средние оценки энергетических потоков и их соотношения.

Рассмотрена экосистема планктонного сообщества фотической зоны шельфа в виде сложной системы, имеющей пять иерархических уровней. Для построения компьютерного образа экосистемы применяются методы объектно-ориентированного моделирования. Детально описана жизнедеятельность организмов каждого вида внутри некоего условного объема воды - базового объекта модели. В результате вся система моделирует взаимодействие видов в выделенной экосистеме. Система объединяет четыре группы биологических элементов - фитопланктон, бактерии, простейшие и зоопланктон, биокосные элементы - органический и минеральный фосфор, а также включает в себя уравнения для температуры воды и растворенного кислорода. Предлагаемая численная модель воспроизводит наблюдаемый пятнистый характер пространственно-временного распределения плотности гидробионтов и их активности. Выполненные численные эксперименты показали соответствие интегральных количественных показателей, рассчитываемых в модели, средним характеристикам, полученным в природных условиях.

Перевірено гіпотезу про те, що одним з біологічних чинників, які визначають ступінь агрегації планктонних організмів на масштабах від десятків метрів до кількох кілометрів, є їх питомий основний обмін. Проаналізовано літературні дані спостережень і результати імітаційних експериментів з об'єктно-орієнтованою моделлю планктонного угруповання.

Имитируется ситуация развития гипоксии в период весенне-летнего прогрева на мелководье. Исследована пространственно-временная динамика процесса. Использована объектно-ориентированная модель планктонного сообщества пелагиали, дополненная гидрохимическим блоком, который описывает циклы азота и серы в аэробных и анаэробных условиях. Гидродинамика системы описывается интегральной двухслойной моделью, учитывающей влияние атмосферной изменчивости на развитие процесса. Смоделирована реакция живых компонентов системы на смену режима в нижнем слое с окислительного на восстановительный и обратно.

Рассмотрены различные модели интегральных (пространственно осреднённых) процессов в морских экосистемах. Разработана объектно-ориентированная модель (ООМ) планктонного сообщества пелагиали, дополненная гидрохимическим блоком, который учитывает аэробные и анаэробные циклы азота и серы. Гидродинамика среды описывается интегральной двухслойной моделью, учитывающей влияние атмосферы на развитие интегральных процессов. ООМ применена для оценки явления гипоксии на мелководье, а также динамики производства и потребления кислорода в различных гидрохимических условиях. Построена математическая модель многоуровневой системы фитопланктон - зоопланктон - рыбы - рыбный промысел. Изучены реакция подобных систем на периодические и импульсные возмущения и их эволюционная релаксация к стационарным состояниям. Предложена динамико-стохастическая модель интегральных процессов в экосистеме северо-западного шельфа Черного моря. Сделан вывод о перспективности интегрального описания процессов в морских экосистемах, основанного на объектно-ориентированном и динамико-стохастическом моделировании.

Предложена объектно-ориентированная модель планктонного сообщества пелагиали, дополненная гидрохимическим блоком, который описывает циклы азота и серы в аэробных и анаэробных условиях. Гидродинамика системы описана интегральной двухслойной моделью, учитывающей влияние атмосферной изменчивости на развитие процесса. Модель используется для имитации развития гипоксии в период весенне-летнего прогрева на мелководье. Исследована пространственно-временная динамика процесса, а также динамика производства и потребления кислорода при аэробном и анаэробном режимах.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д221.1с18

Шифр НБУВ: Ж14253 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проанализированы наблюдаемые и имитационные пространственные распределения фито- и зоопланктона. Использованы данные спутниковых снимков, база данных по зоопланктону (в сети Интернет), а также литературные данные. Имитационные поля получены с помощью "традиционной" и объектно-ориентированной моделей планктонного сообщества мелководья. Сделан вывод, что объектно-ориентированный подход к моделированию биологических компонентов позволяет более адекватно оценивать продуктивность экосистемы в целом.

Рассмотрена технология моделирования морских экосистем, сочетающая объектноориентированное моделирование с традиционными методами. Предлагаемая технология находится на стыке нескольких научных направлений, лежащих в разных областях знаний. Для ее иллюстрации приведено описание химико-биологической объектно-ориентированной модели планктонного сообщества мелководья северо-западного шельфа Черного моря и некоторых результатов, полученных с ее помощью. Модель включает в себя описание жизненного цикла копепод - одной из наиболее широко распространенных и многочисленных групп зоопланктона. Проведен сравнительный анализ численных экспериментов, выполненных при различных условиях внешней среды.

Приведены результаты сравнительного анализа численных экспериментов, проведенных с помощью двух разных способов моделирования биологических компонентов морской экосистемы: "традиционного" и объектно-ориетированного. Они свидетельствуют о том, что характер пространственного распределения (пятнистость) пищевого ресурса низшего звена трофической цепи существенно влияет на скорость роста плотности популяции следующего звена и формирует особенности его пространственного распределения, что, в конечном счете, влияет на продуктивность всех звеньев трофической цепи. Представление фитопланктона (низшего звена) в модели в виде непрерывного поля пассивной примеси приводит к более благоприятным условиям для питания организмов, потребляющих этот ресурс. Поэтому в расчетах при "традиционном" способе моделирования морской экосистемы продуктивность всех ее живых компонентов выще, чем при объектно-ориетированном. Различия особенно существенны на масштабах порядка десятка киломеров.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е60*804*803.16(922.8)

Рубрики:

Загальна зоологія

Шифр НБУВ: Ж14253 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Предложен метод заполнения пропусков в данных дистанционного зондирования гидрофизических и биологических характеристик водной поверхности. Метод реконструкции опирается на представление полей поверхностных характеристик в виде суммы некоторого числа эмпирических ортогональных функций, имеющих наибольший вклад в общую дисперсию поля. По отрывочным данным, полученным в результате обработки спутниковых снимков, для летнего сезона года строятся оценки среднего поля и четырехмерной пространственной ковариационной функции температуры поверхности Черного моря. Коэффициенты разложения вычисляются методом наименьших квадратов либо находятся с помощью генетического алгоритма поиска. Результаты численных экспериментов свидетельствуют о перспективности применения метода в задачах заполнения пропусков в спутниковых данных.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д211(922.8)91

Рубрики:

Внутрішня будова Землі

Шифр НБУВ: Ж14253 Пошук видання у каталогах НБУВ 

На примере реконструкции последовательности полей концентрации хлорофилла "A" у южного берега Крыма изложена технология восстановления пропусков в спутниковых данных, обусловленных наличием облачности. Приведены результаты тестирования метода в виде зависимости средней ошибки реконструкции от числа пропусков. Показано, что применение предлагаемой технологии позволяет получать на ограниченных участках моря поля поверхностных характеристик с разрешением 1 км и дискретностью 1 сутки.

Рассмотрены концептуальные вопросы информационной технологии, включающей в себя имитационную модель и систему сбора и обработки информации о функционировании реального объекта в морской среде. Предлагаемая информационная система позволит в реальном времени корректировать принятые управленческие решения, что обеспечит гибкий контроль за будущим марихозяйством.