Энтропийная модель динамического хаоса геоэкологической системы

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.

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: 10.52575/2712-74432022-46-1-119-131.

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.