Энтропийная модель динамического хаоса геоэкологической системы

О.В. Базарский¹, Ж.Ю. Кочетова¹, В.В. Кульнев², Д.А. Пантелеев¹

¹ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и

Ю.А. Гагарина», г. Воронеж, 394004, Россия
²Центрально-Черноземное межрегиональное управление Федеральной службы

по надзору в сфере природопользования, г. Воронеж, 394087, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2023.2.281-294

Для цитирования: Базарский О.В., Кочетова Ж.Ю., Кульнев В.В., Пантелеев Д.А. Энтропийная модель динамического хаоса геоэкологической системы // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2023. Т. 165, кн. 2. С. 281–294. doi: 10.26907/2542-064X.2023.2.281-294.

For citation: Bazarsky O.V., Kochetovа Zh.Yu., Kul’nev V.V., Panteleev D.A. Entropy model of dynamic chaos of an abiotic system. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 2, pp. 281–294. doi: 10.26907/2542-064X.2023.2.281-294. (In Russian)

 Аннотация

Системы динамического хаоса описываются нелинейным циклическим соотношением Ферхюльста. Цель работы – актуализация этого соотношения для описания деградации геоэкологических систем, находящихся на различных стадиях развития. Введено новое понятие – геохимическая энтропия экологических систем, которая изменяется в интервале [0, 4] и определяет уровень их устойчивости в интервале [0, 1]. Модель верифицирована на примере оценки загрязнения почв в г. Липецк. Показано, что, несмотря на высокий уровень загрязнения почв города в отдельных точках, в целом экологическая ситуация соответствует рангу «норма» с высоким уровнем устойчивости (0.98). Сделаны прогнозы развития экологической ситуации в г. Липецк при изменении техногенной нагрузки. При сохранении текущей антропогенной нагрузки устойчивость экологической системы останется практически неизменной. При повышении загрязнения почв устойчивость может уменьшаться с различной скоростью в зависимости от энтропии системы. Предложенная модель позволяет оценить текущее геоэкологическое состояние масштабных антропогенно нагруженных территорий с высокими уровнями вариации загрязнения на различных участках, прогнозировать уровень комфортности проживания населения в городских агломерациях и управлять геоэкологическими системами.

Ключевые слова: модель Ферхюльста, динамический хаос, энтропия, устойчивость экологической системы, прогноз экологической ситуации, загрязнение почв, тяжелые металлы

Литература

1. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991. 231 с.
2. Рюэль Д. Случайность и хаос. Ижевск: РХД, 2001. 192 с.
3. Lorenz E.N. Deterministic nonperriodic flow // J. Atmos. Sci. 1963. V. 20, No 2. P. 130  141. doi: 10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2.
4. Feigenbaum M. Quantitative universality for a class of nonlinear transformations // J. Stat. Phys. 1978. V. 19, No 1. P. 25–52. doi: 10.1007/BF01020332.
5. Лоренц Э. Детерминированное непериодическое течение. Странные аттракторы. М.: Мир, 1981. С. 88–117.
6. Самарский А.А. Компьютеры и нелинейные явления: информатика и современное естествознание. М.: Наука, 1988. 192 с.
7. Гукенхеймер Дж., Холмс Ф. Нелинейные колебания, динамические системы и бифуркации векторных полей. Москва-Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2002. 559 с.
8. Базарский О.В., Пантелеев Д.А., Кочетова Ж.Ю. Геоэкологическая модель для прогнозирования деградации и восстановления рельефа военных полигонов // Региональные геосистемы. 2022. Т. 46, № 1. С. 119–131. doi: 10.52575/2712-7443-2022-46-1-119-131.
9. Базарский О.В., Кочетова Ж.Ю. Энтропия абиотических геосфер и модель для оценки и прогноза их состояния // Биосфера. 2021. Т. 13, № 1–2. С. 9–14. doi: 10.24855/biosfera.v13i1.572.
10. Розенберг Г.С. Экология и кибернетика: по следам Маргалефа // Биосфера. 2011. Т. 3, № 4. С. 445–454.
11. Сугак Е.В. Современные методы оценки экологических рисков // Европейский журнал социальных наук. 2014. № 5–2 (44). С. 427–433.
12. Шустер Г. Детерминированный хаос. М.: Мир, 1988. 240 с.
13. Йосс Ж., Джозеф Д. Элементарная теория устойчивости и бифуркаций. М.: Мир, 1983. 300 с.
14. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Инженерная геология и экологическая экология: теоретико-методологические основы и взаимоотношение. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1999. 119 с.
15. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Постановление главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 № 2. 635 с.
16. Ла-Салль Ж., Лефшиц С. Исследование устойчивости прямым методом Ляпунова. М.: Мир, 1964. 168 с.
17. Косинова И.И., Фонова С.И., Базарский О.В., Плаксицкая И.П. Комплексная оценка геосферы жизнедеятельности населения территории Липецкого промрайона. Воронеж: ВГАСУ, 2014. 175 с.

Поступила в редакцию 08.08.2022

Принята к публикации 21.10.2022

Базарский Олег Владимирович – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физики и химии

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»

ул. Старых Большевиков, д. 54А, г. Воронеж, 394064, Россия

E-mail: arhangelskaya49@mail.ru

Кочетова Жанна Юрьевна – доктор географических наук, доцент, доцент кафедры эксплуатации и ремонта САТОП

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»

ул. Старых Большевиков, д. 54А, г. Воронеж, 394064, Россия

E-mail: zk_vva@mail.ru

Кульнев Вадим Вячеславович – кандидат географических наук, ведущий специалист-эксперт отдела государственного экологического надзора по Воронежской области

Центрально-Черноземное межрегиональное управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования

ул. Ломоносова, д. 105, г. Воронеж, 394087, Россия

E-mail: kulneff.vadim@yandex.ru

Пантелеев Дмитрий Александрович – соискатель ученой степени кандидата географических наук кафедры эксплуатации и ремонта САТОП

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»

ул. Старых Большевиков, д. 54А, г. Воронеж, 394064, Россия

E-mail: dmitryipanteleev@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.