Модель структурообразования урбоэкосистем как процесс автоволновой самоорганизации в активных средах

Предложена модель пространственно-временной самоорганизации урбоэкосистем как суперпозиция сопряженных активных сред, учитывающая неоднородности антропогенных и природных факторов. Данный вид экосистем характеризуется высокой скоростью роста численности и плотности населения за счет концентрации жилых, промышленных, торговых и иных объектов, а также средств коммуникации. Перечисленные условия нарушают динамическое равновесие потоков энергии, вещества и информации, снижают «буферную емкость» природных подсистем и увеличивают нелинейность, а, следовательно, и неустойчивость, системных процессов. В основе модели – модифицированное авторами уравнение ФитцХью–Нагумо, учитывающее неоднородности антропогенных (активатор) и природных (ингибитор) факторов. Обоснованность применения уравнения данного типа определяется относительной простотой системного анализа двух уравнений типа «активатор – ингибитор». Получены условия формирования возбудимого/невозбудимого состояния активной среды и начального всплеска автоволны в зависимости от плотности населения и кинетических параметров системы (активатора и ингибитора), а также критерии формирования переходных зон между городами (на основании расчетов, сделанных по данным аэрофотосъемки). Полученное значение безразмерной модельной величины плотности населения в области переходного слоя (барьера на пути автоволнового фронта) и на окраинах жилых массивов позволило выявить коэффициент пропорциональности между параметрами модельной задачи и соответствующими величинами в реальной городской среде. Безразмерная модель подтверждена данными динамики численности и плотности населения и картографическими данными Москвы с 1946 по 2014 годы. Модель позволяет выявлять пороговые значения управляющих параметров и рассмотреть основные принципы развития автоволновых процессов, формирующих структуры урбоэкосистем.