Исследование связей в планктонном сообществе методом информационно-логического анализа

В.В. Максименков

     

Информационно-логический анализ (ИЛА) был разработан Г.Кастлером (Лифшиц, Хромов, 1980). В целом он сходен с теорией распознавания образов. Основные достоинства ИЛА заключаются в возможности с его помощью оценивать многочисленные и самые разнообразные состояния факторов, оказывающих влияние в принципе на любые явления: распространение заболеваний, численность животных или растений на различных территориях и т.д., и вплотную подойти к пространственному и временному прогнозированию этих явлений (Беэр, 1972). Информационно-логический анализ свободен от таких ограничений как линейность, метричность и рэндомизация данных.

Материал и методика

Исходным материалом для ИЛА являются результаты параллельных измерений значений исследуемых факторов, которые в данном случае были измерены в Карагинском заливе Берингова моря в 1968-1984 гг. и в восточной части Охотского моря в 1986-1987 гг. Здесь факторы обозначены следующими буквами и символами.

Карагинский залив:

D – количество суток от начала съемки,

T – время суток (час, мин.),

t₀ – температура воды на поверхности (⁰С),

t_b  – температура воды в придонном слое (⁰С),

H – горизонт взятия пробы (м),

N_b – количество личинок двустворок ( экз./м³),

N_n – то же науплиев копепод ( экз./м³),

N_t – обилие зоопланктона в целом ( экз./м³),

N_l – количество личинок сельди в пробе (экз.),

L_l - их средняя длина тела (мм),

P_t – количество съеденных организмов на личинку (экз.),

P_b – то же личинок двустворок (экз.),

P_n – то же науплиев копепод (экз.),

P_c – то же копеподитов копепод (экз.).

Охотское море:

D – количество суток от начала съемки,

T – время суток (час, мин.),

t₀ – температура на поверхности воды (⁰С),

t₁₀ – то же на глубине 10 м (⁰С),

t₂₀ – то же на глубине 20 м (⁰С),

t₃₀ – то же на глубине 30 м (⁰С),

t₅₀ – то же на глубине 50 м (⁰С),

t₇₅ – то же на глубине 75 м (⁰С),

t₁₀₀ – то же на глубине 100 м (⁰С),

t₁₅₀ – то же на глубине 150 м (⁰С),

t₂₀₀ – то же на глубине 200 м (⁰С),

H – горизонт взятия проб (м),

N_np – численность науплиев Pseudocalanus spp. (экз./м³),

N_no – то же науплиев Oithona similis (экз./м³),

N_o – то же ova рачков (экз./м³),

N_ср – то же копеподитов Pseudocalanus spp. (экз./м³),

N_сo – то же копеподитов Oithona similis (экз./м³),

N_b- то же личинок двустворчатых моллюсков (экз./м³),

N_t – общая численность зоопланктона (экз./м³),

N_l – количество личинок минтая в пробе (экз.),

L_l – их средняя длина тела (мм),

P_t – количество съеденных организмов на одну личинку (экз.),

P_np – то же науплиев Pseudocalanus spp. (экз.),

P_no – то же науплиев Oithona similis (экз.),

P_o – то же ova (экз.),

P_cp – то же копеподитов Pseudocalanus spp. (экз.),

P_co – то же копеподитов Oithona similis (экз.),

P_b—то же личинок двустворок (экз.).

Факторы и размах колебаний их значений показаны в таблице 4.

Значения факторов были разбиты на 5 классов (табл. 1 и 2).

Затем было построено множество рабочих таблиц попарных значений факторов и произведены расчеты по формулам:

где K_x – коэффициент связи; T_xy – мера связи между факторами X и Y; H_x – неопределенность фактора X; H_y – неопределенность фактора Y; H_xy – совместная неопределенность факторов; p_i – вероятность нахождения фактора X в i-ом классе; p_j – – вероятность нахождения фактора Y в j-ом классе; p_ij – вероятность совместного нахождения фактора X в i-ом, а фактора Y в j-ом классе; n_k – число точек, в которых факторы находятся в определенных классах; N – общее число точек.

На втором этапе были установлены каналы связи и оценено количество информации, передаваемой по этим каналам:

где p’_ij – условная вероятность нахождения фактора Y в j-ом классе совместно с фактором X, находящемся в i-ом классе; H’_ij – условная неопределенность фактора Y при нахождении фактора X в i-ом классе; I_i – информация, передаваемая к фактору Y от фактора X, находящегося в i-ом классе.

Считается, что канал связи существует, если p’_ij > p_j. Затем оценивали наиболее вероятные связи по формуле Р. Дажо (1975):

Таблица 1. Факторы и размах колебаний их значений для Карагинского залива

Фактор	Класс
	0	1	2	3	4
D	3-4	5-7	8-9	10-12	13-15
T	000-447	448-935	936-1423	1424-1911	1912-2359
t0	3,7-5,1	5,2-6,7	6,8-8,2	8,3-9,8	9,9-11,4
tb	(-1,08)-0,85	0,86-2,78	2,79-4,72	4,73-6,65	6,66-8,60
H	5-17	18-30	31-44	45-57	58-71
Nb	0	6-31	32-181	182-1033	1034-5867
Nn	0	7-51	52-378	379-2743	2744-19864
Nt	50-200	201-809	810-3256	3257-13105	13106-52735
Nl	1-6	7-49	50-357	358-2537	2538-18013
Ll	7,7-8,6	8,7-9,6	9,7-10,7	10,8-11,7	11,8-12,8
Pt	0	0,01-0,49	0,50-1,00	1,01-2,50	2,51-4,80
Pb	0	0,01-0,49	0,50-1,00	1,01-2,50	2,51-4,35
Pn	0	0,01-0,20	0,21-0,80	0,81-1,50	1,51-1,67
Pc	0	0,01-0,10	0,11-0,20	0,21-0,50	0,51-1,25

Таблица 2. Факторы и размах колебаний значений для восточной части Охотского моря

Фактор	Класс
	0	1	2	3	4
D	0-5	6-21	22-24	25-26	27-28
T	001-800	801-1200	1201-1600	1601-2000	2001-2400
t0	1,10-2,66	2,67-4,23	4,24-5,79	5,80-7,36	7,37-8,94
t10	0,84-2,05	2,06-3,26	3,27-4,47	4,48-5,69	5,70-6,92
t20	0,72-1,96	1,97-3,21	3,22-4,47	4,48-5,72	5,73-6,98
t30	0,56-1,82	1,83-3,09	3,10-4,36	4,37-5,63	5,64-6,91
t50	(-0,46)-0,15	0,16-0,76	0,77-1,38	1,39-1,99	2,00-2,62
t75	(-0,50)-(-0,05)	(-0,04)-0,41	0,42-0,87	0,88-1,33	1,34-1,80
t100	(-0,66)-(-0,21)	(-0,20)-0,21	0,22-0,64	0,65-1,08	1,09-1,53
t150	(-0,21)-0,09	0,10-0,40	0,41-0,70	0,71-1,01	1,02-1,33
t200	(-0,57)-(-0,09)	(-0,08)-0,35	0,36-0,82	0,83-1,28	1,29-1,76
H	20-31	32-49	50-79	80-125	126-200
Nnp	44-183	184-769	770-3222	3223-13486	13487-56433
Nno	0-5	6-37	38-238	239-1479	1480-9182
No	0-716	717-2867	2868-6452	6453-11472	11473-17926
Nср	16-73	74-343	344-1594	1595-7392	7393-34276
Nсo	0-166	167-666	667-1449	1450-2665	2666-4166
Nb	0-4	5-28	29-156	157-843	844-4553
Nt	425-1271	1272-3804	3805-11385	11386-34067	34068-101939
Nl	0-2	3-6	7-16	17-43	44-121
Ll	4,7-6,1	6,2-7,6	7,7-9,0	9,1-10,5	10,6-12,1
Pt	0-1,6	1,7-2,7	2,8-4,7	4,8-8,0	8,1-13,6
Pnp	0-1,5	1,6-2,3	2,4-3,7	3,8-5,9	6,0-9,4
Pno	0	0,1-0,4	0,5-1,0	1,1-4,5	4,5-6,7
Po	0	0,10-0,20	0,21-0,40	0,41-1,50	1,51-1,60
Pcp