Математическое моделирование

Математические модели и методы прогнозирования процессов биологической кинетики с учетом влияния кислородного режима

А. И. Сухинов^a, Ю. В. Белова^a, И. Ю. Кузнецова^ab, А. М. Атаян^a, А. Е. Чистяков<sup>a

a</sup> Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация
^b Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Аннотация: В данной статье описан комплекс математических моделей, позволяющих строить среднесрочные прогнозы процессов биологической кинетики, протекающих в присутствии кислорода в водной среде. В модели гидродинамики использован регуляризатор по Б.Н. Четверушкину, позволяющий получить волновое уравнение для расчета давления. Исследована устойчивость и погрешность аппроксимации разностной схемы для уравнения расчета давления. Применение данного метода позволило сократить вычислительную трудоемкость задачи расчета давления. Построен программный комплекс, в основе которого лежат скомплексированные модели гидродинамики и гидробиологии, с использованием технологии параллельного программирования MPI. Получены распределения концентраций основных биогенных веществ и популяций фитопланктона в зависимости от метеорологических условий. Применяемые в исследовании параллельные алгоритмы позволяют строить среднесрочные прогнозы биогеохимических процессов в прибрежных системах раз в режиме ускоренного времени.

Ключевые слова: модель биологической кинетики, регуляризатор по Б.Н. Четверушкину, кислородный режим, параллельные алгоритмы, Message Passing Interface (MPI).

УДК: 519.6

MSC: 92B05

Поступила в редакцию: 28.01.2025

DOI: 10.14529/mmp250205