<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">mais</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Моделирование и анализ информационных систем</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Modeling and Analysis of Information Systems</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1818-1015</issn><issn pub-type="epub">2313-5417</issn><publisher><publisher-name>Yaroslavl State University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.18255/1818-1015-2018-1-112-124</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">mais-636</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Материалы конференции</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Conference Papers</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Периодические изменения автоволнового фронта в двумерной системе параболических уравнений</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Periodic Variations of an Autowave Structure in Two-dimensional System of Parabolic Equations</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-9019-0263</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Мельникова</surname><given-names>Алина Александровна</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Melnikova</surname><given-names>Alina A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>канд. физ.-мат. наук, ассистент, Физический факультет</p></bio><bio xml:lang="en"><p>PhD, Physical Faculty</p></bio><email xlink:type="simple">melnikova@physics.msu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7804-3065</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Дерюгина</surname><given-names>Наталья Николаевна</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Deryugina</surname><given-names>Natalia N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>магистрант, Физический факультет</p></bio><bio xml:lang="en"><p>graduate student, Physical Faculty</p></bio><email xlink:type="simple">derunat@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow Lomonosov State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>23</day><month>02</month><year>2018</year></pub-date><volume>25</volume><issue>1</issue><fpage>112</fpage><lpage>124</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Мельникова А.А., Дерюгина Н.Н., 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Мельникова А.А., Дерюгина Н.Н.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Melnikova A.A., Deryugina N.N.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/636">https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/636</self-uri><abstract><p>Работа направлена на исследование решений типа фронта для нелинейной системы параболических уравнений в двумерной области. Систему можно рассматривать как математическую модель, описывающую резкое изменение физических характеристик в пространственно неоднородных средах. Система уравнений содержит малые параметры в разных степенях при дифференциальном операторе, что означает различие характерных скоростей протекания процессов для каждой из компонент. Исследование проведено с помощью методов теории контрастных структур, что позволило получить условия существования решения типа фронта, локализованного в окрестности замкнутой кривой, определить зависимость скорости фронта от времени, получить асимптотическое приближение решения нулевого и первого порядков по малому параметру. Приближенное решение позволяет подобрать параметры модели таким образом, чтобы результат соответствовал наблюдаемым процессам, объяснять и описывать особенности решений с резкими градиентами, создавать модели, обладающие устойчивыми решениями, тем самым облегчая задачу получения численных результатов. Известно, что численный эксперимент для пространственно двумерных моделей требует значительных вычислительных мощностей, применения методов параллельного программирования и не позволяет эффективно анализировать и модифицировать модели. В данной работе получено асимптотическое приближение решения, требующее обоснования, которое может быть проведено по методу дифференциальных неравенств. Метод дифференциальных неравенств в данном случае предполагает построение верхнего и нижнего решений задачи на основе асимптотики. Область применения математической модели – описание автоволновых решений в задачах экологии, биофизики, физики горения, химической кинетики.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The work is aimed to study front solutions of a nonlinear system of parabolic equations in a two-dimensional region. The system can be considered as a mathematical model describing an abrupt change in physical characteristics of spatially heterogeneous media. We consider a system with small parameters raised to the different powers at a differential operator, that represents the difference of typical processes speeds for the system components. The study of the system is conducted by using the contrast structures theory methods, which allowed us to obtain conditions for the existence of front solutions contained in the neighborhood of a closed curve, to determine the front velocity depending on time and coordinate along the front curve, and to obtain the zero-order and the first-order terms of the asymptotic approximation to the solution. The scope of the system includes the description of autowave solutions in the field of ecology, biophysics, combustion physics and chemical kinetics. The approximate solution allows us to choose the model parameters so that the result corresponds to the processes observed, to explain and describe the characteristics of the solutions with sharp gradients, to create models with stable solutions and thereby to simplify the numerical analysis. Note that the numerical experiment for the two-dimensional spatial models requires a considerable amount of processing power and the use of parallel computing techniques and does not allow to effectively analyze and modify the model. In this paper, we obtain the asymptotic approximation that is to be justified, which can be done by the method of differential inequalities.</p><p> </p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>сингулярные возмущения</kwd><kwd>урбоэкосистема</kwd><kwd>автоволновое решение</kwd><kwd>внутренний переходный слой</kwd><kwd>система реакция-диффузия</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>singular perturbations</kwd><kwd>urbo ecosystem</kwd><kwd>autowave solution</kwd><kwd>internal transition layer</kwd><kwd>reaction-diffusion system</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты № 16-01-00437, 18-31-00204, 18-01-00424, 18-01-00865).</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">This study was supported by grants of the Russian Foundation for Basic Research projects No. 16-01-00437, 18-31-00204, 18-01-00424, 18-01-00865.</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильева А.Б., Бутузов В.Ф., Асимптотические методы в теории сингулярных возмущений, Высш. школа, Москва, 1990;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasil’eva A.B., Butuzov V.F., Asimptoticheskie metody v teorii singulyarnikh vozmuchenii, Vysh. shkola, Moscow, 1990, (in Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В.Ф., Левашова Н.Т., Мельникова А.А., “Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе уравнений с различными степенями малого параметра”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 52:11 (2012), 1983–2003;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V.F., Levashova N.T., Mel’nikova A.A., “Steplike contrast structure in a singularly perturbed system of equations with different powers of small parameter”, Comput. Math. and Math. Phys., 52:11 (2012), 1526–1546.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левашова Н.Т., Мельникова А.А., “Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе параболических уравнений”, Дифференциальные уравнения, 51:3 (2015), 339–358;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levashova N.T., Mel’nikova A.A., “Step-like contrast structure in a singularly perturbed system of parabolic equations”, Differential Equations, 51:3 (2015), 342–361.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левашова Н.Т., Нефeдов Н.Н., Ягремцев А.В., “Контрастные структуры в уравнениях реакция–диффузия–адвекция в случае сбалансированной адвекции”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 53:3 (2013), 365–376;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levashova N.T., Nefedov N.N., Yagremtsev A.V., “Contrast structures in the reaction–diffusion–advection equations in the case of balanced advection”, Comput. Math. Math. Phys., 53:3 (2013), 273–283.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nefedov N.N., Recke L., Schnieder K.R., “Existence and asymptotic stability of periodic solutions with an interior layer of reaction–advection–diffusion equations”, Journal of Mathematical Analysis and Applications, 405:1 (2013), 90–103.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nefedov N.N., Recke L., Schnieder K.R., “Existence and asymptotic stability of periodic solutions with an interior layer of reaction–advection–diffusion equations”, Journal of Mathematical Analysis and Applications, 405:1 (2013), 90–103.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левашова Н.Т., Нефедов Н.Н., Орлов А.О., “Стационарное уравнение реакции–диффузии с разрывным реактивным членом”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 57:5 (2017), 854–866;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levashova N.T., Nefedov N.N., Orlov A.O., “Time-independent reaction–diffusion equation with a discontinuous reactive term”, Comput. Math. Math. Phys., 57:5 (2017), 854–866.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Антипов Е.А., Волков В.Т., Левашова Н.Т., Нефедов Н.Н., “Решение вида движущегося фронта двумерной задачи реакция-диффузия”, Модел. и анализ информ. систем, 24:3 (2017), 259–279;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Antipov E.A., Volkov V.T., Levashova N.T., Nefedov N.N., “Moving front solution of the reaction-diffusion problem”, Model. Anal.Inform. Sist., 24:3 (2017), 259–279, (in Russian) ].</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В.Ф., Левашова Н.Т., Мельникова А.А., “Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе эллиптических уравнений”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 53:9 (2013), 1427–1447;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V.F., Levashova N.T., Mel’nikova A.A., “A Steplike Contrast Structure in a Singularly Perturbed System of Elliptic Equations”, Comput. Math. and Math. Phys., 53:9 (2013), 1239–1259.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Levashova N., Melnikova A., Semina A., Sidorova A., “Autowave mechanisms of structure formation in urban ecosystems as the process of self-organization in active media”, Communication on Applied Mathematics and Computation, 31:1 (2017), 32–42.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levashova N., Melnikova A., Semina A., Sidorova A., “Autowave mechanisms of structure formation in urban ecosystems as the process of self-organization in active media”, Communication on Applied Mathematics and Computation, 31:1 (2017), 32–42.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сидорова А.Э., Левашова Н.Т., Мельникова А.А. и др., “Автоволновая самоорганизация в неоднородных природно-антропогенных экосистемах”, Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия, 2016, №6, 39–45;</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sidorova A.E., Levashova N.T., Melnikova A.A. et al., “Autowave self-organization in heterogeneous natural–anthropogenic ecosystems”, Moscow University Physics Bulletin, 71:6 (2016), 562—568.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Melnikova A., Levashova N., Lukyanenko D., “Front Dynamics in an Activator-Inhibitor System of Equations”, Lecture Notes in Computer Science, 10187 (2017), 492–499.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Melnikova A., Levashova N., Lukyanenko D., “Front Dynamics in an Activator-Inhibitor System of Equations”, Lecture Notes in Computer Science, 10187 (2017), 492–499.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Levashova N., Muhartova J., Davydova M., “The Use of Contrast Structures Theory for the Mathematical Modelling of the Wind Field in Spatially Heterogeneous Vegetation Cover”, Lecture Notes in Computer Science, 10187 (2017), 464–472.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levashova N., Muhartova J., Davydova M., “The Use of Contrast Structures Theory for the Mathematical Modelling of the Wind Field in Spatially Heterogeneous Vegetation Cover”, Lecture Notes in Computer Science, 10187 (2017), 464–472.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Murray J., Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications, Springer–Verlag, New York, 2003.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Murray J., Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications, Springer–Verlag, New York, 2003.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
