Влияние режима стока рек и степени его естественной зарегулированности на параметры динамических систем речных бассейнов | Вестн. Том. гос. ун-та. 2008. № 316.

Влияние режима стока рек и степени его естественной зарегулированности на параметры динамических систем речных бассейнов

Речной бассейн рассматривается как сложная нелинейная динамическая система (хаотическая, в общем случае), генерирующая многолетний ряд стока в замыкающем створе. Для характеристики поведения системы используются динамические параметры. Проведено исследование влияния режима стока рек и степени его естественной зарегулированности на значения динамических параметров системы. Показано, что значения временной задержки т и корреляционной размерности D временных рядов семи сибирских горных и равнинных рек сильно зависят от коэффициента естественной зарегулированности ȹ, выражающего долю базисного стока в общем объеме стока реки за год.

Effect of riverflow regime and degree of its natural regulation on parameters of river basin dynamical systems .pdf Традиционно процесс формирования водности рек, обусловливающий закономерности ее временной изменчивости, рассматривался как результат действия большого числа факторов, что определяло преимущественно стохастический подход к изучению этих закономерностей [1]. Однако результаты гидрологических исследований последнего десятилетия углубляют представления о детерминированной природе стока и свидетельствуют о присутствии детерминированного хаоса в многолетних рядах наблюдений с разным интервалом осреднения на реках, протекающих в разных районах мира с сильно различающимися природными условиями и разной степенью выраженности сезонного характера гидрологического режима [2, 3]. Наши исследования [4] позволяют предполагать присутствие детерминированного хаоса также в рядах наблюдений за стоком сибирских рек. При этом возникает вопрос: каким образом характеристики хаотической динамики систем зависят от факторов климата и характеристик речных бассейнов, определяющих многолетнюю изменчивость стока и его естественную зарегулированность. Исследование этого вопроса и определяет цель работы.Теория и методы исследованияАвторы статьи исходят из предположения, что временной ряд стока на выходе системы «черный ящик» (в замыкающем створе речного бассейна) отражает детерминированный процесс стокообразования в бассейне и воздействие случайного «шума», а также содержит в себе признаки детерминированного хаоса. При этом речной бассейн рассматривается как нелинейная динамическая колебательная система.Динамическая система - это объект, состояние которого изменяется во времени в результате действия детерминированного оператора эволюции, т.е. будущее состояние системы y(t) для любого t > t0 однозначно определяется начальным состоянием y(t0) : y(i) = F\y(t0)], где F -детерминированный закон. Параметры нелинейной системы зависят от ее текущего состояния, создавая условия для саморегулирования системы. В работе [5. С. 252] предлагается категория «реальной динамической системы», для которой «...возможно ввести понятие состояния в каждый момент времени и предположить, что существует непрерывный или дискретный оператор, приближенно описывающий ее эволюцию (во времени и/или в пространстве). При этом под шумом можно понимать внутренние или внешние флуктуации или воздействие большого числа факторов, ока-зывающих слабое влияние на поведение системы и по этой причине не учтенных при задании состояния. Тогда минимальное количество независимых координат, достаточное для описания состояния системы в заданном приближении, можно назвать ее размерностью».Поведение динамической системы изображается в виде фазовой диаграммы - графика, координатами которого являются динамические переменные x,{f), (/ = 1, 2, ..., и), необходимые для задания состояния системы в фиксированный момент времени t. Так как мгновенное состояние системы определяется и-мерным вектором x{t) = {х (/), х (/), ..., х (/)} в фазовом пространст-ве, этому состоянию соответствует точка, описывающая по мере эволюции системы фазовую траекторию. Установившемуся режиму соответствует предельное множество траекторий - аттрактор. Размерность аттрактора (геометрического объекта, характеризующего поведение системы в фазовом пространстве) всегда меньше размерности фазового пространства п системы, в которое он вложен.Реконструкция аттрактора производится методом временной задержки и представляет собой вложение одномерного ряда наблюдений в многомерное фазовое пространство для представления скрытой в наблюдениях динамики. Н. Паккард с соавт. и Ф. Такенс в начале 1980-х гг. показали, что в качестве координат состояния динамической системы в момент времени / можно использовать сами значения наблюденного временного ряда y(t), взятые с запаздыванием (задержкой) на некоторый интервал времени т. Фазовые траектории представлены при этом множеством векторов At)={xi(.t),x2(t),...,xn(t)} = = М0,>С+ t),J

Ключевые слова

Авторы

Список пуст

Ссылки

 Влияние режима стока рек и степени его естественной зарегулированности на параметры динамических систем речных бассейнов             | Вестн. Том. гос. ун-та. 2008. № 316.

Влияние режима стока рек и степени его естественной зарегулированности на параметры динамических систем речных бассейнов | Вестн. Том. гос. ун-та. 2008. № 316.

Полнотекстовая версия