Предмет исследования: математическая модель потребления метана в почвах.
Цель исследования: разработать алгоритм численного решения обратной задачи идентификации скорости потребления метана в почвах.
Методы и объекты исследования: в данной работе рассматривается вопрос о восстановлении скорости потребления метана в почвах по данным замерам его концентрации в наборе точек. Математическая модель – обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка, а искомый коэффициент – младший коэффициент в уравнении. Данное уравнение основано на модели MeMo v1.0. Стоит отметить, что поставленная обратная задача ранее теоретически не исследовалась, а предложенные методы ее решения использовали достаточно большие наборы данных, в отличие от настоящей работы.
Основные результаты исследования: был получен алгоритм численного решения задачи, основанный на методе наискорейшего спуска, который показал достаточно хорошую сходимость для набора искусственных данных. Ошибка восстановления скорости потребления метана по глубине не превышает 19 %, а в среднем составляет 16 %. Ошибка восстановления концентрации метана по глубине для двукратного количества точек относительно измеренных составляет 2,3 %.
Идентификаторы и классификаторы
Основным (около 90 % от общего) стоком метана из атмосферы Земли является окисление гидроксил-радикалом в тропосфере. Вторым по важности (около 10 %) считается потребление метана микроорганизмами – метанотрофами, живущими в автоморфных (непереувлажнённых) почвах. Таким образом, изучение величин потребления (удельных потоков) СН4, понимание процессов, обуславливающих его временную и пространственную динамику, а также моделирование потребления необходимы для построения обоснованных климатических прогнозов. Потребление метана в почве за счет окисления метанотрофными бактериями в автоморфных почвах – единственный известный биологический механизм стока для атмосферного метана (Prather, Holmes, 2017 [1]).
Вместе с эмпирическими методами для количественной оценки концентрации метана в почве применяется математическое моделирование. Существуют модели для оценки процессов поглощения метана почвой, такие как P96, R99 и C07. Модель P96 основывается на измененной версии закона Фика и оценивает диффузионный поток атмосферного CH4 в почву. Модель R99 учитывает микробное окисление CH4 в почве, устанавливая зависимость скорости окисления от параметров почвы, таких как температура, влажность и содержание азота. Модель C07 модифицирует этот подход, вводя аналитическое решение уравнения диффузии-реакции и скалярный модификатор для учета влияния влажности почвы и температуры на скорость окисления CH4. Современная модель MeMo v1.0 (см. [2] и библиографию в этой работе), которую мы также используем ниже, является новой версией моделей по оценке глобального поглощения атмосферного метана почвой. В отличие от моделей R99 и C07, MeMo использует общее аналитическое решение одномерного уравнения диффузии-реакции. Данная модель позволяет учитывать поток метана из глубины почвы, который участвует в процессе метанотрофии в почве. Уравнение записывается в виде [2] (см. также стационарный случай в [1, 4, 3]):
Список литературы
- Prather, M. J. Overexplaining or underexplaining methane’s role in climate change / M. J. Prather, C. D. Holmes // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2017. – Vol. 114. – P. 5324–5326.
- Soil Methanotrophy Model (MeMo v1.0): a process-based model to quantify global uptake of atmospheric methane by soil / F. Murguia-Flores, S. Arndt, A. L. Ganesan [et al.] // Geoscientific Model Development. – 2018. – Vol. 11. – P. 2009–2032.
- Идентификация скорости потребления метана в почвах методом обратной задачи / А. Ф. Сабреков, М. В. Глаголев, И. Е. Терентьева, С. Ю. Моченов. – doi: 10.17537/icmbb18.77 // Математическая биология и биоинформатика : доклады VII Международной конференции (Пущино, 14-19 окт. 2018 г.). – Пущино : Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, 2018. – Т. 7. – С. 951–955.
- Сабреков, А. Ф. Моделирование потребления метана в автоморфных почвах: влияние механизма транспорта и численности метанотрофов / А. Ф. Сабреков, М. В. Глаголев, И. Е. Терентьева // Материалы VI конференции «Математическое моделирование в экологии» ЭкоМатМод-2019. – Пущино, 2019. – С. 179–180.
- Response of global soil consumption of atmospheric methane to changes in atmospheric climate and nitrogen deposition / Q. Zhuang, M. Chen, K. Xu [et al.]. – doi: 10.1002/gbc.20057 // Global Biogeochemical Cycles. – 2013. – Vol. 27, № 3. – P. 650–663.
- Three decades of global methane sources and sinks / S. Kirschke, P. Bousquet, P. Ciais, [et al.]. – doi: 10.1038/ngeo1955 // Nature Geoscience. – 2013. – Vol. 6. – P. 812–823.
- Benefits and Costs of Mitigating Methane Emissions // Climate & Clean Air Coalition. – URL: https://www.ccacoalition.org/content/benefits-and-costs-mitigating-methane-emissions (date of application: 09.06.2024).
- Метан в атмосфере: динамика и источники / В. В. Снакин, А. В. Доронин, Г. Фрейбергс [и др.]. – Текст : непосредственный // Жизнь Земли. – 2017. – Т. 39, № 4. – С. 365–380.
- Биогеохимические процессы цикла метана в почвах, болотах и озерах Западной Сибири // В. Ф. Гальченко, Л. Е. Дулов, Б. Крамер [и др.]. – Текст : непосредственный // Микробиология. – 2001. – Т. 70, № 2. – С. 215.
- Metabolic and environmental control on methane emission from soils: mechanistic studies of mesotrophic fen in West Siberia / N. S. Panikov, S. N. Dedysh, O. M. Kolesnikov [et al.] // Water, Air, and Soil Pollution : Focus. – 2001. – Vol. 1. – P. 415–428.
- Methane emissions on large scales / K. M. Beswick, T. W. Simpson, D. Fowler [et al.] // Atmospheric Environment. – 1998. – Vol. 32, № 19. – P. 3283–3291.
- Зилитинкевич, С. С. Динамика пограничного слоя атмосферы / С. С. Зилитинкевич. – Ленинград : Гидрометеоиздат, 1970. – 292 с. – Текст : непосредственный.
- Глаголев, М. В. Аннотированный список литературных источников по результатам измерений потоков СН4 и СО2 на болотах России / М. В. Глаголев. – Текст : непосредственный // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. – 2010. – Т. 1, № 2. – С. 1.
- Глаголев, М. В. Динамика летне-осенней эмиссии СН4 естественными болотами (на примере юга Томской области) / М. В. Глаголев, Н. А. Шнырев. – doi: 10.3103/S0147687407010024. – Текст : непосредственный // Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. – 2007. – № 1. – С. 8–14.
- Связь удельной скорости окисления метана почвой и обилия метанотрофов, оцененного с помощью количественной ПЦР / А. Ф. Сабрековa, М. В. Семенов, И. Е. Терентьева. – Текст : непосредственный // Микробиология. – 2020. – Т. 89, № 2. – С. 189–199.
- Mathematical models of methane consumption by soils: a review / M. V. Glagolev, I. E. Terentieva, A. F. Sabrekov [et al.]. – doi: 10.18822/edgcc622937 // Environmental Dynamics and Global Climate Change. – 2023. – Vol. 14, № 3. – P. 145–166.
- Methanogenesis in oxygenated soils is a substantial fraction of wetland methane emissions // J. C. Angle, T. H. Morin, L. M. Solden [et al.] // Sci-hub. – URL: https://sci-hub.ru/10.1038/s41467-017-01753-4 (date of application: 15.04.2024).
Выпуск
Другие статьи выпуска
Предмет исследования: задачи численного определения точечных источников в обратных задачах тепломассопереноса.
Цель исследования: описание теоретических результатов (теорема существования и единственности решений обратной задачи), создание алгоритма решения задачи численного определения точечных источников, исследование его свойств, численная реализация алгоритма и его тестирование и проверка на устойчивость.
Объект исследования: задачи численного определения точечных источников (правой части специального вида) в обратных задачах тепломассопереноса. Источники задаются в виде суммы дельта-функций Дирака с коэффициентами, зависящими от времени и характеризующими мощность соответствующего источника. Они являются неизвестными и подлежат определению вместе с решением уравнения. В качестве данных переопределения задаются значения решения в некотором наборе точек, лежащем внутри области.
Методы исследования: алгоритм основан на методе конечных элементов по пространственным переменным и методе конечных разностей по времени. Неизвестная правая часть определяется на каждом временном слое при помощи условия переопределения.
Основные результаты исследования: описание алгоритма решения, его свойств, результаты численных экспериментов. В том числе описаны условия, когда алгебраическая система, к которой приводится задача, имеет единственное решение, проведено сравнение данных, полученных в результате расчетов, с тестовыми примерами. Расчеты проводились в том числе и с добавлением к данным замеров случайного шума различного уровня. Результаты показали, что решение устойчиво при случайном возмущении данных задачи.
Предмет исследования: вычисления на дискретных математических структурах.
Цель исследования: разработка алгоритма оптимизации распределения видов технического обслуживания средств связи и автоматизации в подразделениях органов внутренних дел Российской Федерации.
Методы и объекты исследования: в статье рассматривается возможность совершенствования планирования мероприятий технического обслуживания средств связи и автоматизации, используемых в органах внутренних дел Российской Федерации при решении задач, возложенных на МВД России. Отмечается, что в современных условиях необходимо тщательное планирование всех операций и мероприятий, осуществляемых техническими специалистами в подразделениях органов внутренних дел. Указывается, что ввиду занятости или нехватки технического персонала могут появляться события, связанные с некачественным выполнением мероприятий технического обеспечения. Предлагается в качестве критерия равномерности распределения использовать среднюю абсолютную ошибку (MAE), учитывающую как положительные, так и отрицательные отклонения длительности проведения технического обслуживания по месяцам в течение календарного года.
Основные результаты исследования: разработан алгоритм равномерного распределения видов технического обслуживания, показана возможность его применения в подразделениях органов внутренних дел на примере оборудования ситуационного центра Воронежского института МВД России, определены ограничения применения разработанного алгоритма.
Предмет исследования: деятельность лечебно-профилактических учреждений Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО-Югры) по оказанию медицинских услуг населению в период с 2013 по 2021 г.
Цель исследования: анализ динамики значений медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) ХМАО-Югры с использованием индекса Малмквиста совместно с оболочечным анализом данных (DEA-методом).
Методы и объекты исследования: оценки медицинской эффективности указанных учреждений осуществлялись с использованием DEA-метода. Мультипликативная декомпозиция индекса Малмквиста оценивает уровень влияния на медицинскую эффективность технологических изменений в предметной области, работу менеджмента ЛПУ и изменение их масштабов.
Основные результаты исследования: установлено, что наибольшее влияние на динамику медицинской эффективности ЛПУ оказывают изменения технологий лечения пациентов. Масштаб ЛПУ и эффективность работы их менеджмента не столь критичны, что обусловлено спецификой территориальной организации системы здравоохранения. Применение индекса Малмквиста позволяет оценивать как медицинскую эффективность лечебно-профилактических учреждений, так и выявлять носителей «лучших практик» в части реализации медицинских технологий и управления ЛПУ.
В настоящей работе произведено сравнение эффективности модели машинного обучения регрессора k-соседей и модели классификатора k-ближайших соседей в задаче предсказания состояния трансформаторного оборудования с использованием данных, которые были сняты системой мониторинга трансформатора.
Предмет исследования: силовые трансформаторы.
Цель исследования: выявление наилучшей модели в задаче классификации состояния трансформаторного оборудования.
Объект исследования: система диагностики трансформаторного оборудования.
Методы исследования: анализ, компьютерное моделирование.
Основные результаты исследования: были получены данные об эффективности моделей с разными параметрами, но все регрессионные модели показали результат хуже, чем модель классификатора.
В работе представлена имитационная модель системы электроснабжения с нелинейной нагрузкой, работающей в нестационарном режиме. Для анализа несинусоидального режима предложено использование пакетного вейвлет-преобразования. Вейвлет-преобразование имеет ряд преимуществ, что может быть использовано для внедрения в систему мониторинга показателей качества электроэнергии.
Предмет исследования: показатели качества электроэнергии.
Цель исследования: доказательство преимущества вейвлет-преобразования при анализе несинусоидальных нестационарных режимов.
Объект исследования: система электроснабжения напряжением до 1 кВ с нелинейными нагрузками, искажающими показатели качества электроэнергии.
Методы исследования: анализ, компьютерное моделирование.
Результаты работы: доказана перспективность применения вейвлет-преобразования для организации системы мониторинга показателей качества электроэнергии; показано отсутствие эффекта растекания спектра.
На территории децентрализованной зоны электроснабжения Крайнего Севера стоимость 1 кВт∙ч может превышать 100 рублей. В связи с чем возникла необходимость в поиске иного способа электроснабжения данных зон. В данной работе представлено решение для объектов энергоснабжения, находящихся в местности с высоким ветропотенциалом, а именно использование комбинированных электроустановок на основе ветро-дизельных генераторов.
Предмет исследования: комбинированные установки на базе ветроэнергетики.
Цель исследования: моделирование изолированной системы электроснабжения на основе ветроустановки.
Объект исследования: системы электроснабжения с ветроэнергетическими установками.
Методы исследования: анализ, имитационное моделирование.
Результаты исследования: в работе представлено моделирование, показывающее динамические характеристики системы.
Предмет исследования: повышение надежности и качества электроснабжения децентрализованных электроэнергетических систем.
Цель исследования: анализ современных технологий накопления электрической энергии для повышения эффективности работы систем децентрализованного электроснабжения потребителей.
Методы и объекты исследования: обзор и синтез реализуемых моделей и методов накопления электроэнергии.
Основные результаты исследования: представлены рекомендации по использованию накопителей электрической энергии для повышения эффективности децентрализованных систем электроснабжения бытовых и промышленных потребителей.
Предмет исследования: научные труды, посвященные формированию структуры уголовно-правовой нормы (гипотезы, диспозиции и санкции).
Цель исследования: выработка научно обоснованных предложений относительно отражения уголовно-правовых норм в Уголовном кодексе Российской Федерации.
Методы и объекты исследования: в основу исследования положены диалектический метод познания, формально-юридический метод, а также методы анализа, синтеза, индукции и дедукции. Объектом исследования выступают некоторые уголовно-правовые взгляды относительно структуры уголовно-правовой нормы.
Основные результаты исследования: делается вывод об особенностях структуры уголовно-правовой нормы и ее отражении в уголовном законодательстве России.
Высокая научная значимость обозначенной проблемы опосредована тем, что в российской криминологической и уголовно-правовой науке до сих пор не создано собственной фундаментальной стратегии предупреждения рецидивной преступности – стройной и упорядоченной системы теоретических знаний о ней, мерах контроля и противодействия этому опасному общественному явлению.
Предмет исследования: нормы отечественного законодательства, регламентирующие специально-криминологическое предупреждение рецидивной преступности; научные разработки, статистический материал по теме исследования.
Цель исследования заключается в формулировании предложений по совершенствованию и повышению эффективности мер специально-криминологического предупреждения рецидивной преступности, а также восполнении недостающих криминологических знаний о предупреждении указанного явления.
Методы исследования: в статье использован как общенаучный методологический арсенал, так и частнонаучный методологический инструментарий. Методологическую основу исследования составит системный подход, в рамках которого использован комплекс общих принципов и методов научного познания.
Основные результаты исследования: всесторонне проанализирована система мер противодействия рецидивной преступности, а также предложено расширение сферы применения существующей системы наказаний. У человека, оказавшегося в изоляции, происходят определенные изменения, нарушаются ранее сложившиеся социальные связи, а при освобождении нередко возникают серьезные проблемы с адаптацией к жизни. Необходимо совершенствовать отечественную систему наказаний, но кардинально менять не стоит, так как индивидуализация наказания имеет гораздо больше возможностей реализоваться при существующей палитре наказаний.
Предмет исследования: нормы уголовного закона, посвященные целям наказания.
Цель исследования: установить и классифицировать функции уголовного наказания за совершение экологических преступлений.
Методы исследования: в работе использованы общенаучные методы: диалектический, логический, системно-структурный, анализ и синтез, а также некоторые частнонаучные методы познания.
Объектом исследования выступают некоторые уголовно-правовые взгляды относительно норм уголовного закона, посвященных целям наказания за совершение экологических преступлений.
Основные результаты исследования: сформулирован вывод о необходимости замены термина «цель» на термин «функция» в ч. 2 ст. 43 УК РФ. Функциями наказания за совершение экологических преступлений являются: удержание лица, совершившего преступление, от новых преступлений (предупредительная функция), реституция (восстановление положения потерпевшего), компенсация (возмещение причиненного вреда), ресоциализация осуждённого.
Предмет исследования: нормы национального и международного законодательства, закрепляющие понятие «терроризм», определение понятия «терроризм» различных авторов.
Цель исследования: выработка единого подхода к пониманию сущности современного терроризма с правовой точки зрения.
Методы и объекты исследования: в статье использованы такие общенаучные методы исследования, как обобщение, анализ и синтез, сравнение, конкретизация.
Основные результаты исследования. Терроризм – это публичная общественно опасная деятельность, посягающая на общественную или (и) национальную безопасность, заключается в запугивании населения, провокации военного конфликта, международного осложнения любыми способами, предусмотренными нормами национального или (и) международного законодательства, и имеет целью оказать влияние на принятие решений международной организацией, органами публичной власти и их должностными лицами, иными организациями, выполняющими публичные функции, или привлечение внимания общественности к определенным политическим, религиозным или другим взглядам террористических объединений.
Издательство
- Издательство
- ЮГУ
- Регион
- Россия, Сургут
- Почтовый адрес
- 628011, Ханты-Мансийский Автономный округ - Югра, г Ханты-Мансийск, ул Чехова, д 16
- Юр. адрес
- 628011, Ханты-Мансийский Автономный округ - Югра, г Ханты-Мансийск, ул Чехова, д 16
- ФИО
- Кучин Роман Викторович (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- r_kuchin@ugrasu.ru
- Контактный телефон
- +7 (346) 7377000