Гибридная модель активности инвазионной поливольтинной популяции

Статья посвящена моделированию специфического сценария активности массово размножающихся видов насекомых. Междисциплинарными задачами для современных методов моделирования являются анализ инвазионных явлений в биосистемах, прогнозирование волн вторгающихся агрессивных чужеродных видов и выработка мер противодействия их вспышкам. Требуется классификация типов процессов и прогнозирование сценариев развития инвазий для разных вселенцев. Нетривиальность проблемы кроется в вариативности развития динамики схожих ситуаций из-за специфических факторов, влияющих на адаптацию популяций. Сезонные поколения проходят развитие до репродуктивной стадии онтогенеза в существенно различных условиях. В статье предложен метод организации гибридной модели динамики неперекрывающихся поколений различных сезонов для видов со стадийностью развития. Вычислительная модель формируется из последовательно решаемых дифференциальных уравнений с запаздыванием, согласованных с изменением действующих на поколения факторов. В разработанной гибридной модели различается длительность интервалов жизни сезонных поколений поливольтинных видов, что типично для насекомых-вредителей. Показано, что условия формирования череды смежных поколений становятся фактором пульсирующей активности инвазивных насекомых. В предложенном методе моделирования динамики численности поливольтинной популяции рассмотрена критически важная выживаемость зимующей стадии поколения, что актуально для анализа вспышек насекомых. Структура гибридной модели применима для описания трансформаций на рынке IT-коммуникаций при принципиальном усовершенствовании одной из конкурирующих технологий.

Ключевые слова

гибридные модели; вычислительные сценарии; уравнения с запаздыванием; анализ инвазий; сезонные поколения; модели поливольтинных видов.

Литература

1. Goula, M. Acoustical Communication in Heteroptera (Hemiptera: Heteroptera) / M. Goula. - Dordrecht: Springer, 2008.
2. Meiyan Wang. Stability Analysis of a Delayed Paranthrene Tabaniformis (rott.) Control Model for Poplar Forests in China / Meiyan Wang, Leilei Han, Yuting Ding // Mathematics. - 2024. - V. 12. - P. 827-233.
3. Cooke, B.J. Variable Synchrony in Insect Outbreak Cycling Across a Forest Landscape Gradient: Multi-Scale Evidence from Trembling Aspen in Alberta / B.J. Cooke // Canadian Journal of Forest Research. - 2023. - V. 53, № 11. - P. 839-854.
4. Mikhailov, V.V. Principles of Simulation of Invasion Stages with Allowance for Solar Cycles / V.V. Mikhailov // Technical Physics Letters. - 2023. - V. 49, № 9. - P. 97-105.
5. May, R. Stability and Complexity in Model Ecosystems / R. May. - Princeton: Princeton University Press, 2001.
6. Moran, P.A.P. Some Remarks on Animal Population Dynamics / P.A.P. Moran // Biometrics. - 1950. - V. 6, № 3. - P. 250-258.
7. Feigenbaum, M.J. Universal Behavior in Nonlinear Systems / M.J. Feigenbaum // Physica D: Nonlinear Phenomena. - 1983. - V. 7, № 1-3. - P. 16-39.
8. Perevaryukha, A.Y. Modeling of a Crisis in the Biophysical Process by the Method of Predicative Hybrid Structures / A.Y. Perevaryukha // Technical Physics. - 2022. - V. 67, № 6. - P. 523-532.
9. Singer, D. Stable Orbits and Bifurcations of the Maps on the Interval / D. Singer // SIAM Journal of Applied Math. - 1978. - V. 35, № 2. - P. 260-268.
10. Kloeden, P.E. On Sharkovsky's Cycle Coexistence Ordering / P.E. Kloeden // Bulletin of the Australian Mathematical Society. - 1979. - V. 20, № 2. - P. 171-178.
11. Tien-Yien Li. Period Three Implies Chaos / Tien-Yien Li, A. Yorke // The American Mathematical Monthly. - 1975. - V. 82, № 10. - P. 985-992.
12. Andreassen, H.P. Population Cycles and Outbreaks of Small Rodents: Ten Essential Questions we Still Need to Solve / H.P. Andreassen, J. Sundell, F. Ecke et al. // Oecologia. - 2021. - V. 195. - P. 601-622.
13. Ludwig, D. Qualitative Analysis of Insect Outbreak Systems: The Spruce Budworm and Forest / D. Ludwig, D.D. Jones, C.S. Holling // The Journal of Animal Ecology. - 1978. - V. 47, № 1. - Р. 315-332.
14. Nicholson, A. An Outline of the Dynamics of Animal Populations / A. Nicholson // Australian Journal of Zoology. - 1954. - V. 2, № 1. - P. 9-65.
15. Trofimova, I.V. Adequacy of Interpretation of Monitoring Data on Biophysical Processes in Terms of the Theory of Bifurcations and Chaotic Dynamics / I.V. Trofimova, A.Y. Perevaryukha, A.B. Manvelova // Technical Physics Letters. - 2022. - V. 48, № 12. - P. 305-310.
16. Brillinger, D. The Nicholson Blowfly Experiments: Some History and EDA / D. Brillinger // Journal of Time Series Analysis. - 2012. - V. 33. - P. 718-723
17. Miller, P. Evidence for Population Bottlenecks and Subtle Genetic Structure in the Yellow Rail / P. Miller, S.M. Haig, Th.D. Mullins, K.J. Popper, M. Green // The Condor: Ornithological Applications. - 2012. - V. 114, № 1. - P. 100-112.
18. Borisova, T.Yu. On the Physicochemical Method of Analysis of the Formation of Secondary Immunodeficiency as a Bioindicator of the State of Ecosystems Using the Example of Seabed Biota of the Caspian Sea / T.Yu. Borisova, A. Perevarukha // Technical Physics Letters. - 2022. - V. 48, № 7. - P. 251-257.
19. Frolov, A.N. Biological Features and Population Density Forecasts of the Beet Webworm Pyrausta Sticticalis L. (Lepidoptera, Pyraustidae) in the Period of Low Population Density of the Pest in Krasnodar Territory / A.N. Frolov, Y.M. Malysh, Y.S. Tokarev // Entomological Review. - 2008. - V. 88. - P. 666-675.
20. Mikhailov, V.V. Computational Modeling of the Nonlinear Metabolism Rate as a Trigger Mechanism of Extreme Dynamics of Invasion Processes // V.V. Mikhailov, A.Y. Perevaryukha, I.V. Trofimova // Technical Physics Letters. - 2022. - V. 48, № 12. - P. 301-304.