Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54008 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика MECHANISMS OF AUTOWAVE SELF-ORGANIZATION IN NATURAL-ANTHROPOGENIC ECOSYSTEMS МЕХАНИЗМЫ АВТОВОЛНОВОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ В ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ Сидорова А Э Sidorova A E sky314bone@mail.ru Левашова Н Т Levashova N T natasha@npanalytica.ru Мельникова А А Melnikova A A melnikova@physics.msu.ru Дерюгина Н Н Deryugina N N derunat@gmail.com Семина А Е Semina A E syoanya@yandex.ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова» ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru 25 06 2016 25 06 2016 1 1 115 120 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54008/view

Рассмотрена пространственно-временная модель природно-антропогенных экосистем, как суперпозиции активных сред, учитывающая неоднородности антропогенных и природных факторов. Подход направлен на выявление механизмов и пороговых значений управляющих параметров. Термодинамическая неравновесность, нелинейность, бифуркационное развитие - синергетическая база самоорганизации подобных экосистем в моделях активных сред. Особенности формирования природно-антропогенных экосистем состоят в наличии распределенного ресурса (энергии, вещества, информации) и источников воздействия, модулирующих системные процессы; в сопряжении природных и антропогенных подсистем, динамика которых определяется взаимодействиями прямых и обратных связей. Управляющими параметрами являются природные и антропогенные факторы (возбудимые элементы), формирующие длину и форму автоволн. Скорости природных процессов много меньше скоростей антропогенных процессов, поэтому антропогенные процессы в данной модели полагаем активаторами, а природные - ингибиторами общесистемных процессов. В изучаемых экосистемах как неоднородных активных средах возможно возникновение подпороговых взаимодействий соседних элементов. Модель позволяет качественно оценить пороговые и подпороговые условия распространения автоволнового процесса в зависимости от интенсивности источников воздействия, расположения возбудимых, слабовозбудимых и невозбудимых зон, наличия латентных источников автоволн, конкретно, численности и плотности населения и от других факторов.

A spatial-temporal model is proposed that considers natural-anthropogenic ecosystems as a superposition of active media and takes into account the heterogeneity of anthropogenic and natural factors. The goal of the approach is to reveal mechanisms of their functioning and critical values of control parameters. Self-organization of such ecosystems in models of active media is considered on a synergistic basis of nonequilibrium thermodynamics, nonlinearity, and bifurcational development. Formation of natural-anthropogenic ecosystems is notably characterized by the presence of a distributed resources (energy, matter, information) and sources of influence that modulate system processes, as well as by complex dynamics of conjugated natural and anthropogenic subsystems determined by interactions of direct influences and feedbacks. The control parameters are natural and anthropogenic factors (excitable elements) forming the length and shape of autowaves. The rates of natural processes being much less than those of anthropogenic processes, the anthropogenic and natural processes in this model are considered as activators and inhibitors of system-wide processes, respectively. In the ecosystems, considered here as inhomogeneous active media, subthreshold interactions of neighboring elements are possible. The model allows for qualitative evaluation of threshold and subthreshold propagation of the autowave process in dependence on the intensity of sources, locations of excitable, weakly excitable, and non-excitable zones, existence of latent sources of autowaves, which, specifically, are population size and density, and other factors.

 самоорганизация активные среды автоволны природно-антропогенные экосистемы уpбоэкоcиcтемы внутренний переходный слой self-organization active media autowaves natural-anthropogenic ecosystem urban ecosystem internal transition layer

Твердислов В.А., Сидорова А.Э., Яковенко Л.В. Биофизическая экология. М.: УРСС КРАСАНДР, 2011, 544 с. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biophysical ecology. M.: URSS KRASANK, 2011, 544 p. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biofizicheskaya ekologiya. M.: URSS KRASANDR, 2011, 544 s. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Biophysical ecology. M.: URSS KRASANK, 2011, 544 p. (In Russ.)] Сидорова А.Э., Мухартова Ю.В., Яковенко Л.В. Урбоэкосистемы как суперпозиция сопряженных активных сред. Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия, 2014, № 5, с. 29-35. [Sidorova A.E., Mukhartova Y.V., Yakovenko LV. urban ecosystem as a superposition of conjugated active medium. Bulletin of Moscow University. Ser. 3. Physics. Astronomy, 2014, vol. 5, pp. 29-35. (In Russ.)] Sidorova A.E., Muhartova Yu.V., Yakovenko L.V. Urboekosistemy kak superpoziciya sopryazhennyh aktivnyh sred. Vestnik Moskovskogo universiteta. Ser. 3. Fizika. Astronomiya, 2014, № 5, s. 29-35. [Sidorova A.E., Mukhartova Y.V., Yakovenko LV. urban ecosystem as a superposition of conjugated active medium. Bulletin of Moscow University. Ser. 3. Physics. Astronomy, 2014, vol. 5, pp. 29-35. (In Russ.)] Сидорова А.Э., Мухартова Ю.В. Пространственно-временная модель урбоэкосистем как сопряженных активных сред. Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия, 2013, № 5, с. 65-70. [Sidorova A.E., Muhartova V.Y. Spatial-temporal model of the ecosystems of the conjugated active medium. Bulletin of Moscow University. Ser. 3. Physics. Astronomy, 2013, vol. 5, pp. 65-70. (In Russ.)] Sidorova A.E., Muhartova Yu.V. Prostranstvenno-vremennaya model' urboekosistem kak sopryazhennyh aktivnyh sred. Vestnik Moskovskogo universiteta. Ser. 3. Fizika. Astronomiya, 2013, № 5, s. 65-70. [Sidorova A.E., Muhartova V.Y. Spatial-temporal model of the ecosystems of the conjugated active medium. Bulletin of Moscow University. Ser. 3. Physics. Astronomy, 2013, vol. 5, pp. 65-70. (In Russ.)] Сидорова А.Э., Левашова Н.Т., Мельникова А.А., Яковенко Л.В. Популяционная модель урбоэкосистем в представлениях активных сред. Биофизика, 2015, т. 60, вып. 3, с. 574-582. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Yakovenko L.V. A model of a human_dominated urban ecosystem as an active medium. Biophysics, vol. 60, no. 3, pp. 466-473. (In Russ.)] Sidorova A.E., Levashova N.T., Mel'nikova A.A., Yakovenko L.V. Populyacionnaya model' urboekosistem v predstavleniyah aktivnyh sred. Biofizika, 2015, t. 60, vyp. 3, s. 574-582. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Yakovenko L.V. A model of a human_dominated urban ecosystem as an active medium. Biophysics, vol. 60, no. 3, pp. 466-473. (In Russ.)] FitzHugh R.A. Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane. Biophys. J., 1961, vol. 1, p. 445-466. FitzHugh R.A. Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane. Biophys. J., 1961, vol. 1, p. 445-466. Савенко В.С. Геохимические аспекты устойчивого развития. М.: ГЕОС, 2003, 180 с. [Savenko V.S. Geochemical aspects of sustainable development. M.: GEOS, 2003, 180 p. (In Russ.)] Savenko V.S. Geohimicheskie aspekty ustoychivogo razvitiya. M.: GEOS, 2003, 180 s. [Savenko V.S. Geochemical aspects of sustainable development. M.: GEOS, 2003, 180 p. (In Russ.)] Калиткин Н.Н., Корякин П.В. Численные методы: в 2 кн. Методы математической физики. М: Издательский центр «Академия», 2013, 303 с. [Kalitkin N.N., Koryakin V.P. Numerical methods: in 2 kN. Methods of mathematical physics. M: Publishing center «Academy», 2013, 303 p. (In Russ.)] Kalitkin N.N., Koryakin P.V. Chislennye metody: v 2 kn. Metody matematicheskoy fiziki. M: Izdatel'skiy centr «Akademiya», 2013, 303 s. [Kalitkin N.N., Koryakin V.P. Numerical methods: in 2 kN. Methods of mathematical physics. M: Publishing center «Academy», 2013, 303 p. (In Russ.)] Бутузов В.Ф., Левашова Н.Т., Мельникова А.А. Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе уравнений с различными степенями малого параметра. Ж. вычислит. матем. и матем. физики, 2012, т. 52, № 11, с. 1983-2003. [Butuzov V.F., Levashova N.T., Melnikova A.A. Contrast the structure type of the step in a singularly perturbed system of equations with different powers of the small parameter. Computational Mathem. and Mathem. Physics, 2012, v.52, n.11, pp.1983-2003. (In Russ.)] Butuzov V.F., Levashova N.T., Mel'nikova A.A. Kontrastnaya struktura tipa stupen'ki v singulyarno vozmuschennoy sisteme uravneniy s razlichnymi stepenyami malogo parametra. Zh. vychislit. matem. i matem. fiziki, 2012, t. 52, № 11, s. 1983-2003. [Butuzov V.F., Levashova N.T., Melnikova A.A. Contrast the structure type of the step in a singularly perturbed system of equations with different powers of the small parameter. Computational Mathem. and Mathem. Physics, 2012, v.52, n.11, pp.1983-2003. (In Russ.)] Бутузов В.Ф., Левашова Н.Т., Мельникова А.А. Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе эллиптических уравнений. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2013, т. 53, № 9, с. 9-29. [Butuzov V.F., Levashova N.T., Melnikova A.A. Contrast the structure type of the step in a singularly perturbed system of elliptic equations. Computational Mathematics and Mathematical Physics, 2013, vol. 53, no. 9, pp. 9-29. (In Russ.)] Butuzov V.F., Levashova N.T., Mel'nikova A.A. Kontrastnaya struktura tipa stupen'ki v singulyarno vozmuschennoy sisteme ellipticheskih uravneniy. Zhurnal vychislitel'noy matematiki i matematicheskoy fiziki, 2013, t. 53, № 9, s. 9-29. [Butuzov V.F., Levashova N.T., Melnikova A.A. Contrast the structure type of the step in a singularly perturbed system of elliptic equations. Computational Mathematics and Mathematical Physics, 2013, vol. 53, no. 9, pp. 9-29. (In Russ.)]