Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches
In the last two decades, there have been quite successful implementation of various mathematical and cybernetic approaches to solving geographic and ecological problems. It is important to note that the ecological dynamic system is nonlinear, the use of linear methods of analysis, Fourier transform,...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210679 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543455251005440 |
|---|---|
| author | Bunyakova, Yu.Ya. Glushkov, A.V. |
| author_facet | Bunyakova, Yu.Ya. Glushkov, A.V. |
| author_sort | Bunyakova, Yu.Ya. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2020-10-27T13:30:13Z |
| description | In the last two decades, there have been quite successful implementation of various mathematical and cybernetic approaches to solving geographic and ecological problems. It is important to note that the ecological dynamic system is nonlinear, the use of linear methods of analysis, Fourier transform, etc. can not always give a satisfactory result, as in the case of a linear system. This is due to the fact that the processes that lead to the chaotic regime are fundamentally multidimensional. These circumstances are characteristic of the dynamics of the distribution of harmful impurities in the air pool of an industrial city. The article is devoted to the development of in-depth, improved analysis, modeling and forecasting of time dynamics of concentrations of pollutants for specific industrial cities. A new method of analysis and prediction of the field structure of the concentrations of ingredients in the atmosphere of an industrial city is proposed, based on the provisions of chaos theory. Hourly observations of nitrogen dioxide at monitoring posts in Gdańsk — Gdynia and Sopot (Poland) throughout the year were used for the analysis. Stochastic features and chaos effect in dynamics and structure of time series of impurity concentrations are revealed on the basis of the analysis of empirical data of concentrations of pollutants in the air basin. The results presented here can be considered as an example of a quite satisfactory short-term prediction of concentrations of pollutants in the atmosphere. It may be noted here that the nonlinear prediction method works quite well in cases where there is an increase in concentrations, at least, almost all tendencies to such an increase are detected in the prediction. The latter allows it to be used as an alternative to traditional methods. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:11:31Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-210679 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:11:31Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2106792020-10-27T13:30:13Z Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches Анализ и прогнозирование антропогенного влияния на атмосферный воздух промышленного города с применением новых географо-математических подходов Аналіз і прогнозування антропогенного впливу на атмосферне повітря промислового міста із застосуванням нових географо-математичних підходів Bunyakova, Yu.Ya. Glushkov, A.V. chaos theory time series of concentrations atmospheric pollution nitrogen dioxide analysis and prediction method of correlation dimension теорія хаосу часові ряди концентрацій речовин що забруднюють атмосферу діоксид азоту аналіз і прогнозування метод кореляційної розмірності теория хаоса временные ряды концентраций веществ загрязняющих атмосферу диоксид азота анализ и прогнозирование метод корреляционной размерности In the last two decades, there have been quite successful implementation of various mathematical and cybernetic approaches to solving geographic and ecological problems. It is important to note that the ecological dynamic system is nonlinear, the use of linear methods of analysis, Fourier transform, etc. can not always give a satisfactory result, as in the case of a linear system. This is due to the fact that the processes that lead to the chaotic regime are fundamentally multidimensional. These circumstances are characteristic of the dynamics of the distribution of harmful impurities in the air pool of an industrial city. The article is devoted to the development of in-depth, improved analysis, modeling and forecasting of time dynamics of concentrations of pollutants for specific industrial cities. A new method of analysis and prediction of the field structure of the concentrations of ingredients in the atmosphere of an industrial city is proposed, based on the provisions of chaos theory. Hourly observations of nitrogen dioxide at monitoring posts in Gdańsk — Gdynia and Sopot (Poland) throughout the year were used for the analysis. Stochastic features and chaos effect in dynamics and structure of time series of impurity concentrations are revealed on the basis of the analysis of empirical data of concentrations of pollutants in the air basin. The results presented here can be considered as an example of a quite satisfactory short-term prediction of concentrations of pollutants in the atmosphere. It may be noted here that the nonlinear prediction method works quite well in cases where there is an increase in concentrations, at least, almost all tendencies to such an increase are detected in the prediction. The latter allows it to be used as an alternative to traditional methods. Последние два десятилетия характеризуются достаточно успешным внедрением различных математических и кибернетических подходов к решению географических и экологических задач. Важно отметить, что экологическая динамическая система является нелинейной, применение линейных методов анализа, преобразования Фурье и тому подобное не всегда может дать удовлетворительный результат, как в случае линейной системы. Связано это с тем, что процессы, которые приводят к хаотическому режиму, являются фундаментально многомерными. Именно данные обстоятельства характерны для динамики распределения вредных примесей в воздушном бассейне промышленного города. Рассмотрено развитие углубленного усовершенствованного анализа, моделирования и прогнозирования часовой динамики концентраций загрязняющих атмосферу веществ для конкретных индустриальных городов. Предложен новый метод анализа и прогнозирования структуры полей концентраций ингредиентов в атмосфере промышленного города, который базируется на положениях теории хаоса. Для анализа использованы данные ежечасных наблюдений за концентрацией диоксида азота на постах мониторинга Гданьского региона — Гдыня и Сопот (Польша) на протяжении года. На основе анализа эмпирических данных концентраций загрязняющих веществ в воздушном бассейне выявлены стохастические особенности и эффект хаоса в динамике и структуре часовых рядов концентраций примесей. Представленные результаты можно рассматривать как пример полностью удовлетворительного краткосрочного прогноза концентраций загрязняющих веществ в атмосфере. Метод нелинейного прогноза достаточно хорошо работает в случаях, когда концентрации увеличиваются, практически все тенденции к такому увеличению выявлены при прогнозировании. Последнее позволяет использовать метод как альтернативу обычным методам. В останні два десятиліття доволі успішно впроваджуються різні математичні й кібернетичні підходи до розв’язання географічних і екологічних задач. Важливо зазначити, що екологічна динамічна система є нелінійною, й із застосуванням лінійних методів аналізу, перетворення Фур’є та інших не завжди можна отримати задовільний результат, як у разі лінійної системи. Пов’язане це з тим, що процеси, які приводять до хаотичного режиму, є фундаментально багатовимірними. Саме ці обставини характерні для динаміки розподілу шкідливих домішок у повітряному басейні промислового міста. Розглянуто розвиток поглибленого вдосконаленого аналізу, моделювання та прогнозування часової динаміки концентрацій речовин, що забруднюють атмосферу, для конкретних індустріальних міст. Запропоновано новий метод аналізу та прогнозування структури полів концентрацій інгредієнтів в атмосфері промислового міста, що ґрунтується на положеннях теорії хаосу. Для аналізу використано дані щогодинних спостережень за концентрацією діоксиду азоту на постах моніторингу Гданського регіону — Гдиня і Сопот (Польща) впродовж року. На підставі аналізу емпіричних даних щодо концентрацій забруднювальних речовин у повітряному басейні виявлено стохастичні особливості та ефект хаосу в динаміці й структурі часових рядів концентрацій домішок. Наведені результати можна вважати прикладом цілком задовільного короткострокового прогнозу концентрацій забруднювальних речовин в атмосфері. Метод нелінійного прогнозу досить добре працює, якщо концентрації цих речовин збільшуються. Усі тенденції до такого збільшення виявлено при прогнозуванні, що дає змогу використовувати метод як альтернативу традиційним методам. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-09-18 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210679 10.24028/gzh.0203-3100.v42i4.2020.210679 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 4 (2020); 165-173 Геофизический журнал; Том 42 № 4 (2020); 165-173 Геофізичний журнал; Том 42 № 4 (2020); 165-173 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210679/212659 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | chaos theory time series of concentrations atmospheric pollution nitrogen dioxide analysis and prediction method of correlation dimension Bunyakova, Yu.Ya. Glushkov, A.V. Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title | Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title_alt | Анализ и прогнозирование антропогенного влияния на атмосферный воздух промышленного города с применением новых географо-математических подходов Аналіз і прогнозування антропогенного впливу на атмосферне повітря промислового міста із застосуванням нових географо-математичних підходів |
| title_full | Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title_fullStr | Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title_full_unstemmed | Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title_short | Analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| title_sort | analysis and prediction of anthropogenic impact on the atmospheric air of an industrial city with the use of new geographic and mathematical approaches |
| topic | chaos theory time series of concentrations atmospheric pollution nitrogen dioxide analysis and prediction method of correlation dimension |
| topic_facet | chaos theory time series of concentrations atmospheric pollution nitrogen dioxide analysis and prediction method of correlation dimension теорія хаосу часові ряди концентрацій речовин що забруднюють атмосферу діоксид азоту аналіз і прогнозування метод кореляційної розмірності теория хаоса временные ряды концентраций веществ загрязняющих атмосферу диоксид азота анализ и прогнозирование метод корреляционной размерности |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/210679 |
| work_keys_str_mv | AT bunyakovayuya analysisandpredictionofanthropogenicimpactontheatmosphericairofanindustrialcitywiththeuseofnewgeographicandmathematicalapproaches AT glushkovav analysisandpredictionofanthropogenicimpactontheatmosphericairofanindustrialcitywiththeuseofnewgeographicandmathematicalapproaches AT bunyakovayuya analiziprognozirovanieantropogennogovliâniânaatmosfernyjvozduhpromyšlennogogorodasprimeneniemnovyhgeografomatematičeskihpodhodov AT glushkovav analiziprognozirovanieantropogennogovliâniânaatmosfernyjvozduhpromyšlennogogorodasprimeneniemnovyhgeografomatematičeskihpodhodov AT bunyakovayuya analízíprognozuvannâantropogennogovplivunaatmosfernepovítrâpromislovogomístaízzastosuvannâmnovihgeografomatematičnihpídhodív AT glushkovav analízíprognozuvannâantropogennogovplivunaatmosfernepovítrâpromislovogomístaízzastosuvannâmnovihgeografomatematičnihpídhodív |