Сценарии осцилляций и гибели в новой непрерывной модели эруптивной фазы инвазии чужеродного вида

Бесплатный доступ

Рассматривается проблема моделирования развития особых популяционных процессов, которые включают прохождение эруптивной фазы динамики. Подобные непродолжительные, но ураганные режимы часто связаны с последствиями инвазий нежелательных биологических видов. Процессы при вселении вида часто могут развиваться через отложенную во времени фазу стремительного увеличения его численности. Завершение фазы зависит от многих факторов. Вспышки отдельных биологических видов оказывают столь сильное давление на среду, что достижение ненулевого балансового равновесия проблематично. Подобные явления трактуются нами как переходный процесс с эруптивной фазой к неопределенному заранее состоянию биотической среды. В зависимости от противодействия, что ярко видно на примерах динамики насекомых-вредителей, сценарии подобных явлений могут развиваться различным образом, в том числе с разрушением среды обитания. Разработана новая модель на основе уравнения с отклоняющимся аргументом, где описан вариант развития повторной вспышки катастрофического характера. Сценарий реализуется при возникновении негармонического цикла 𝑁*(𝑟, 𝑡), который при специфических условиях не может быть орбитально устойчивым, но становится переходным. Цикл завершается тривиальным значением. Моделируемый сценарий наиболее резкой формы эруптивной фазы заканчивается в вычислительном эксперименте полной гибелью инвазионной популяции, но без образования неограниченной сверху траектории из колебаний. Гибель происходит при разрушении релаксационного цикла экстремальной амплитуды в рассмотренном нами уравнении популяционной вспышки в предыдущей нашей работе [2].

Еще

Уравнения с запаздыванием, чужеродные виды, колебания популяций, переходные режимы, моделирование биологических инвазионных явлений, эруптивная фаза вспышки

Короткий адрес: https://sciup.org/149129854

IDR: 149129854   |   DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2019.1.5

Список литературы Сценарии осцилляций и гибели в новой непрерывной модели эруптивной фазы инвазии чужеродного вида

  • Кащенко, C. А. Динамика логистического уравнения, содержащего запаздывание/C. А. Кащенко//Математические заметки. -2015. -Т. 98. -C. 85-100.
  • Переварюха, А. Ю. Разрушение релаксационных колебаний в новой модели экстремальной динамики численности популяции/А. Ю. Переварюха//Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1, Математика. Физика. -2017. -№ 1 (38). -C. 55-65. - DOI: 10.15688/jvolsu1.2017.1.6
  • Perevaryukha, A. Yu. A model of development of a spontaneous outbreak of an insect with aperiodic dynamics // Entomological Review. — 2015. — Vol. 95,
  • № 3. — P. 397–405. DOI: 10.1134/S0013873815030124
  • Perevaryukha, A. Yu. Modeling the phenomenon of collapse of the exploited fish
  • population with stochastic uncertainty / A. Yu. Perevaryukha // Theory of Probability and Its Applications. — 2018. — Vol. 62, № 4. — P. 659–660. DOI: 10.1137/S0040585X97T988861
  • Reznik, S. Ya. Influence of target plant density on herbivorous insect oviposition choice: Ambrosia artemisiifolia L. (Asteraceae) and Zygogramma suturalis F. (Coleoptera, Chrysomelidae) / S. Ya. Reznik // Biocontrol Science and Technology. — 1993. — Vol. 3,
  • № 6. — P. 105–113.
  • Baker, T. Computing stability regions Runge - Kutta methods for delay differential equations / T. Baker, H. Paul // IMA Journal of Numerical Analysis. - 1994. - Vol. 14, № 4. - P. 347-362
  • Bazykin, A. D. Nonlinear Dynamics of Interacting Populations / A. D. Bazykin. - L.: WSP, 1998. - 198 p.
  • Birch, D. A New Generalized Logistic Sigmoid Growth Equation Compared with the Richards Growth Equation / D. Birch, T. Colin // Annals of Botany. - 1999. - Vol. 83, № 6. - P. 713-723.
  • Deng, B. Food chain Chaos due to Shilnikov's orbit / B. Deng, G. Hines // Chaos. - 2002. - Vol. 12, № 3. - P. 533-538.
  • Finley, C. Maximum sustained yield: a policy disguised as science / C. Finley, N. Oreskes // ICES Journal of Marine Science. - 2013. - Vol. 70, № 2. - P. 245-250. -
  • DOI: 10.1093/icesjms/fss192
  • Gilg, O. Climate change and cyclic predator - prey population dynamics in the high Arctic / O. Gilg, T. Sittler // Global Change Biology. - 2009. - Vol. 15, № 11. - P. 2634-2652. -
  • DOI: 10.1111/j.1365-2486.2009.01927.x
  • Gopalsamy, K. Time lags in a "food-limited" population model / K. Gopalsamy, M. Kulenovic, G. Ladas // Applicable Analysis. - 1988. - Vol. 31, № 3. - P. 225-237
  • Hutchinson, G. An Introduction to Population Ecology / G. Hutchinson. - New Haven: Yale University Press, 1978. - 234 p.
  • Klein, D. The Introduction, Increase, and Crash of Reindeer on St. Matthew Island / D. Klein // Journal of Wildlife Management. - 1968. - № 2. - P. 250-265.
  • Kolesov, A. A modification of Hutchinson's equation / A. Kolesov, E. Mishchenko, Yu. Kolesov // Computational Mathematics and Mathematical Physics. - 2010. - № 12. - P. 1990-2002.
  • Loehle, C. Catastrophe theory in ecology: a critical review and an example of the butterfly catastrophe / C. Loehle // Ecological Modelling. - 1989. - № 2. - P. 125-152.
  • Miller, D. Matthew Island reindeer crash revisited: Their demise was not nigh - but then, why did they die? / D. Miller // Rangifer. - 2005. - № 4. - P. 185-197.
  • Nenzen, H. Epidemiological landscape models reproduce cyclic insect outbreaks / H. Nenzen // Ecological Complexity. - 2017. - Vol. 31. - P. 78-87. -
  • DOI: 10.1016/j.ecocom.2017.04.004
  • Odum, H. T. Systems Ecology / H. T. Odum. - N. Y.: Wiley, 1983. - 644 p.
  • Piyaratne, M. Catastrophic behavior of aphid population dynamics: An analysis of swallowtail model / M. Piyaratne // Computational Ecology and Software. - 2014. - Vol. 4, № 3. - P. 135-146. -
  • DOI: 10.0000/issn-2220-721x-compuecol-2014-v4-0012
  • Pikitch, E. Status, trends and management of sturgeon and paddlefish fisheries / E. Pikitch // Fish and fisheries. - 2005. - Vol. 6, № 3. - P. 233-265. -
  • DOI: 10.1111/j.1467-2979.2005.00190.x
  • Perez, L. ForestSimMPB: A swarming intelligence and agent-based modeling approach for mountain pine beetle outbreaks / L. Perez // Ecological Informatics. - 2011. - Vol. 6, № 1. - P. 62-72. -
  • DOI: 10.1016/j.ecoinf.2010.09.003
  • Post, E. Global Population Dynamics and Hot Spots of Response to Climate Change / E. Post // BioScience. - 2009. - Vol. 59, № 6. - P. 489-497. -
  • DOI: 10.1525/bio.2009.59.6.7
  • Sakanoue, S. Extended logistic model for growth of single-species populations / S. Sakanoue // Ecological Modelling. - 2007. - Vol. 205, № 1. - P. 159-168. -
  • DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2007.02.013
  • Verner, J. Continuous explicit Runge - Kutta methods of order 5 / J. Verner, M. Zennaro // Mathematics of computation. - 1995. - Vol. 64, № 11. - P. 1123-1146. -
  • DOI: 10.1090/S0025-5718-1995-1284672-4
  • Voulgaris, S. Stochastic modeling and simulation of olive fruit fly outbreaks / S. Voulgaris // Procedia Technology. - 2013. - Vol. 8, № 4. - P. 580-586. -
  • DOI: 10.1016/j.protcy.2013.11.083
  • Wan, H. Biology and natural enemies of Cydalima perspectalis in Asia: Is there biological control potential in Europe? / H. Wan // Journal of Applied Entomology. - 2014. - Vol. 138, № 10. - P. 715-722. -
  • DOI: 10.1111/jen.12132
  • Wang, W. An Epidemic Model with Population Dispersal and Infection Period / W. Wang // SIAM Journal on Applied Mathematics. - 2006. - Vol. 66, № 4. - P. 1454-1472. -
  • DOI: 10.1137/050622948
  • Yeakel, D. Generalized modeling of ecological population dynamics / D. Yeakel // Theoretical Ecology. - 2011. - Vol. 4, № 2. - P. 179-194. -
  • DOI: 10.1007/s12080-011-0112-6
Еще
Статья научная