Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54117 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика Model of morphogenesis of macrosystems as an active medium Модель морфогенеза макросистем в представлениях активных сред Семина А Е Semina A E syoanya@yandex.ru Сидорова А Э Sidorova A E Левашова Н Т Levashova N T Мельникова А А Melnikova A A Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Lomonosov Moscow State University ru 25 06 2017 25 06 2017 2 1 63 67 20 06 2017 20 06 2017 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54117/view

В данной работе предложена модель пространственно-временной самоорганизации макросистем - урбоэкосистем как суперпозиций сопряженных активных сред. Данный вид экосистем характеризуется высокой скоростью роста численности и плотности населения за счет концентрации жилых, промышленных, торговых и иных объектов, а также средств коммуникации. Перечисленные условия нарушают динамическое равновесие потоков энергии, вещества и информации, снижают «буферную емкость» природных подсистем и увеличивают нелинейность, а, следовательно, и неустойчивость, системных процессов. В основе модели лежит модифицированное авторами уравнение ФитцХью-Нагумо, учитывающее неоднородности антропогенных (активатор) и природных (ингибитор) факторов. Предложенная модель позволяет выявлять пороговые значения управляющих параметров и рассмотреть основные принципы развития автоволновых процессов, формирующих структуры урбоэкосистем.

In this article, a model of spatio-temporal self-organization of urban ecosystems as a superposition of conjugate active media is proposed. This type of ecosystem is characterized by a high rate of population growth and density due to the concentration of residential, industrial, commercial and other objects, as well as communication media. These conditions disturb the dynamic balance of energy flows and information material, reduce "buffer capacity" natural subsystems and increase nonlinearity, and therefore the instability of system processes. The model is based on the FitzHugh-Nagumo equation, modified by the authors, taking into account the heterogeneity of anthropogenic (activator) and natural (inhibitor) factors. The proposed model makes it possible to identify threshold values of control parameters and to consider the basic principles of the development of autowave processes forming the structures of urban ecosystems. The proposed model allows to identify threshold values of control parameters to consider the basic principles of autowave processes that form the structure of urban ecosystems.

 активные среды автоволновая самоорганизация урбоэкосистемы active media autowave self-organization urban ecosystems

Сидорова А.Э., Мухартова Ю.В., Яковенко Л.В. Урбоэкосистемы как суперпозиция сопряженных активных сред. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия, 2014, № 5, с. 29-35. [Sidorova A.E., Muhartova Yu.V., Yakovenko L.V. Urban Ecosystem as a Superposition of Interrelated Active Media. Moscow University Physics Bulletin, part 3. Physics. Astronomy, 2014, no. 5, pp. 29-35. (In Russ.)] Sidorova A.E., Muhartova Yu.V., Yakovenko L.V. Urboekosistemy kak superpoziciya sopryazhennyh aktivnyh sred. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 3. Fizika. Astronomiya, 2014, № 5, s. 29-35. [Sidorova A.E., Muhartova Yu.V., Yakovenko L.V. Urban Ecosystem as a Superposition of Interrelated Active Media. Moscow University Physics Bulletin, part 3. Physics. Astronomy, 2014, no. 5, pp. 29-35. (In Russ.)] Сидорова А.Э., Левашова Н.Т., Мельникова А.А., Дерюгина Н.Н., Семина А.Е. Автоволновая самоорганизация в неоднородных природно-антропогенных экосистемах. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия, 2016, № 6, с. 39-45. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Deryugina N.N., Semina А.Е. Autowave self-organization in heterogeneous natural-anthropogenic ecosystems. Moscow University Physics Bulletin, part 3. Physics. Astronomy, 2016, no. 6, pp. 39-45. (In Russ.)] Sidorova A.E., Levashova N.T., Mel'nikova A.A., Deryugina N.N., Semina A.E. Avtovolnovaya samoorganizaciya v neodnorodnyh prirodno-antropogennyh ekosistemah. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 3. Fizika. Astronomiya, 2016, № 6, s. 39-45. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Deryugina N.N., Semina A.E. Autowave self-organization in heterogeneous natural-anthropogenic ecosystems. Moscow University Physics Bulletin, part 3. Physics. Astronomy, 2016, no. 6, pp. 39-45. (In Russ.)] Levashova N., Melnikova A., Semina A., Sidorova A. Autowave mechanisms of structure formation in urban ecosystems as the process of self-organization in active media. Communication on Applied Mathematics and Computation, vol. 31, no. 1, pp. 32-42. Levashova N., Melnikova A., Semina A., Sidorova A. Autowave mechanisms of structure formation in urban ecosystems as the process of self-organization in active media. Communication on Applied Mathematics and Computation, vol. 31, no. 1, pp. 32-42. Murray J.D. Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications. Berlin Heidelberg: Springer- Verlag, 2003, 811 p. Murray J.D. Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications. Berlin Heidelberg: Springer- Verlag, 2003, 811 p. Елькин Ю.В. Автоволновые процессы (краткий обзор). Математическая биология и биоинформатика, 2006, т. 1, № 1, с. 27-40. [Elkin Yu.V. Autowave processes (short review). Mathematical Biology and Bioinformatics, 2006, vol. 1, no. 1, pp. 27-40. (In Russ.)] El'kin Yu.V. Avtovolnovye processy (kratkiy obzor). Matematicheskaya biologiya i bioinformatika, 2006, t. 1, № 1, s. 27-40. [Elkin Yu.V. Autowave processes (short review). Mathematical Biology and Bioinformatics, 2006, vol. 1, no. 1, pp. 27-40. (In Russ.)] Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987, 240 с. [Vasiliev V.A., Romanovsky Yu.M., Yakhno V.G. Autowave processes. М.: Nauka, 1987, 240 p. (In Russ.)] Vasil'ev V.A., Romanovskiy Yu.M., Yahno V.G. Avtovolnovye processy. M.: Nauka, 1987, 240 s. [Vasiliev V.A., Romanovsky Yu.M., Yakhno V.G. Autowave processes. M.: Nauka, 1987, 240 p. (In Russ.)] Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическая биофизика. М.: Наука, 1984, 304 с. [Romanovsky Yu.M., Stepanova N.V., Chernavsky D.S. Mathematical Biophysics. М.: Nauka, 1984, 304 p. (In Russ.)] Romanovskiy Yu.M., Stepanova N.V., Chernavskiy D.S. Matematicheskaya biofizika. M.: Nauka, 1984, 304 s. [Romanovsky Yu.M., Stepanova N.V., Chernavsky D.S. Mathematical Biophysics. M.: Nauka, 1984, 304 p. (In Russ.)] Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия РАН. Серия физическая, 2015, т. 79, № 12, c. 1728-1732. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Physical series, 2015, vol. 79, no. 12, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A. Ot avtovolnovyh mehanizmov samoorganizacii k molekulyarnym mashinam. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2015, t. 79, № 12, c. 1728-1732. [Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Physical series, 2015, vol. 79, no. 12, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Савенко В.С. Геохимические аспекты устойчивого развития. М.: ГЕОС, 2003, 180 с. [Savenko V.S. Geochemical aspects of sustainable development. М.: 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.)] FitzHugh R.A. Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane. Biophys. J., 1961, pp. 445-466. FitzHugh R.A. Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane. Biophys. J., 1961, pp. 445-466. Сидорова А.Э., Левашова Н.Т., Мельникова А.А., Яковенко Л.В. Популяционная модель урбоэкосистем в представлениях активных сред. Биофизика, 2015, т. 60, № 3, с. 574-582. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Yakovenko L.V. Population model of urban ecosystems as active media. Biophysics, 2015, vol. 60, no. 3, pp. 574-582. (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, № 3, s. 574-582. [Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A., Yakovenko L.V. Population model of urban ecosystems as active media. Biophysics, 2015, vol. 60, no. 3, pp. 574-582. (In Russ.)] Калиткин Н.Н., Корякин П.В. Численные методы: в 2 кн. Кн 2. Методы математической физики. М: Издательский центр «Академия», 2013, 303 с. [Kalitkin N.N., Koryakin P.V. Numerical methods: in 2 books. Methods of mathematical physics. M.: The publishing center "Academy", 2013, 303 p. (In Russ.)] Kalitkin N.N., Koryakin P.V. Chislennye metody: v 2 kn. Kn 2. Metody matematicheskoy fiziki. M: Izdatel'skiy centr «Akademiya», 2013, 303 s. [Kalitkin N.N., Koryakin P.V. Numerical methods: in 2 books. Methods of mathematical physics. M.: The publishing center "Academy", 2013, 303 p. (In Russ.)] Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы математической физики. М.: Научный мир, 2003, 316 с. [Samarsky A.A., Gulin A.V. Numerical methods of mathematical physics. М.: The scientific world, 2003, 316 p. (In Russ.)] Samarskiy A.A., Gulin A.V. Chislennye metody matematicheskoy fiziki. M.: Nauchnyy mir, 2003, 316 s. [Samarsky A.A., Gulin A.V. Numerical methods of mathematical physics. M.: The scientific world, 2003, 316 p. (In Russ.)] Vaz E., Arsanjani J.J. Predicting urban growth of the Greater Toronto Area - coupling a markov cellular automata with document meta-analysis. Journal of Environmental Informatics, 2015, vol. 25, no. 2, pp. 71-80. Vaz E., Arsanjani J.J. Predicting urban growth of the Greater Toronto Area - coupling a markov cellular automata with document meta-analysis. Journal of Environmental Informatics, 2015, vol. 25, no. 2, pp. 71-80.