Published December 17, 2023 | Version v1
Publication Open

Generalized Ulam-Hyers-Rassias stability and novel sustainable techniques for dynamical analysis of global warming impact on ecosystem

Creators

  • 1. Near East University
  • 2. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 3. Prince Sattam Bin Abdulaziz University
  • 4. Lebanese American University
  • 5. Future University in Egypt

Description

Abstract Marine structure changes as a result of climate change, with potential biological implications for human societies and marine ecosystems. These changes include changes in temperatures, flow, discrimination, nutritional inputs, oxygen availability, and acidification of the ocean. In this study, a fractional-order model is constructed using the Caputo fractional operator, which singular and nol-local kernel. A model examines the effects of accelerating global warming on aquatic ecosystems while taking into account variables that change over time, such as the environment and organisms. The positively invariant area also demonstrates positive, bounded solutions of the model treated. The equilibrium states for the occurrence and extinction of fish populations are derived for a feasible solution of the system. We also used fixed-point theorems to analyze the existence and uniqueness of the model. The generalized Ulam-Hyers-Rassias function is used to analyze the stability of the system. To study the impact of the fractional operator through computational simulations, results are generated employing a two-step Lagrange polynomial in the generalized version for the power law kernel and also compared the results with an exponential law and Mittag Leffler kernel. We also produce graphs of the model at various fractional derivative orders to illustrate the important influence that the fractional order has on the different classes of the model with the memory effects of the fractional operator. To help with the oversight of fisheries, this research builds mathematical connections between the natural world and aquatic ecosystems.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص تغيرات الهيكل البحري نتيجة لتغير المناخ، مع الآثار البيولوجية المحتملة على المجتمعات البشرية والنظم الإيكولوجية البحرية. وتشمل هذه التغييرات التغيرات في درجات الحرارة، والتدفق، والتمييز، والمدخلات الغذائية، وتوافر الأكسجين، وتحمض المحيط. في هذه الدراسة، يتم إنشاء نموذج الترتيب الكسري باستخدام عامل التشغيل الكسري Caputo، وهو نواة مفردة وغير محلية. يدرس النموذج آثار تسارع الاحترار العالمي على النظم الإيكولوجية المائية مع مراعاة المتغيرات التي تتغير بمرور الوقت، مثل البيئة والكائنات الحية. تظهر المنطقة الثابتة بشكل إيجابي أيضًا حلولًا إيجابية ومحدودة للنموذج الذي تمت معالجته. يتم اشتقاق حالات التوازن لحدوث وانقراض مجموعات الأسماك من أجل حل عملي للنظام. كما استخدمنا نظريات النقطة الثابتة لتحليل وجود النموذج وتفرده. تُستخدم وظيفة Ulam - Hayers - Rassias المعممة لتحليل استقرار النظام. لدراسة تأثير المشغل الكسري من خلال المحاكاة الحسابية، يتم إنشاء النتائج باستخدام متعدد الحدود LAGRANGE من خطوتين في النسخة المعممة لنواة قانون القوة، كما تقارن النتائج بقانون أسي ونواة Mittag Leffler. كما ننتج رسومات بيانية للنموذج بأوامر مشتقة كسور مختلفة لتوضيح التأثير المهم الذي يحدثه الترتيب الكسري على الفئات المختلفة للنموذج مع تأثيرات الذاكرة للمشغل الكسري. للمساعدة في الإشراف على مصايد الأسماك، يبني هذا البحث روابط رياضية بين العالم الطبيعي والنظم الإيكولوجية المائية.

Translated Description (French)

Résumé Les changements de structure marine à la suite du changement climatique, avec des implications biologiques potentielles pour les sociétés humaines et les écosystèmes marins. Ces changements comprennent les changements de température, le débit, la discrimination, les apports nutritionnels, la disponibilité de l'oxygène et l'acidification de l'océan. Dans cette étude, un modèle d'ordre fractionnaire est construit à l'aide de l'opérateur fractionnaire de Caputo, qui est un noyau singulier et nol-local. Un modèle examine les effets de l'accélération du réchauffement climatique sur les écosystèmes aquatiques tout en tenant compte des variables qui changent au fil du temps, telles que l'environnement et les organismes. La zone positivement invariante montre également des solutions positives et bornées du modèle traité. Les états d'équilibre pour l'occurrence et l'extinction des populations de poissons sont dérivés pour une solution réalisable du système. Nous avons également utilisé des théorèmes à virgule fixe pour analyser l'existence et l'unicité du modèle. La fonction généralisée Ulam-Hyers-Rassias est utilisée pour analyser la stabilité du système. Pour étudier l'impact de l'opérateur fractionnaire à travers des simulations computationnelles, des résultats sont générés en utilisant un polynôme de Lagrange à deux étapes dans la version généralisée pour le noyau de loi de puissance et également comparés aux résultats avec une loi exponentielle et le noyau de Mittag Leffler. Nous produisons également des graphiques du modèle à divers ordres de dérivées fractionnaires pour illustrer l'influence importante que l'ordre fractionnaire a sur les différentes classes du modèle avec les effets de mémoire de l'opérateur fractionnaire. Pour aider à la surveillance des pêches, cette recherche établit des liens mathématiques entre le monde naturel et les écosystèmes aquatiques.

Translated Description (Spanish)

Resumen La estructura marina cambia como resultado del cambio climático, con posibles implicaciones biológicas para las sociedades humanas y los ecosistemas marinos. Estos cambios incluyen cambios en las temperaturas, el flujo, la discriminación, los aportes nutricionales, la disponibilidad de oxígeno y la acidificación del océano. En este estudio, se construye un modelo de orden fraccionario utilizando el operador fraccionario Caputo, que es el núcleo singular y nol-local. Un modelo examina los efectos de la aceleración del calentamiento global en los ecosistemas acuáticos teniendo en cuenta las variables que cambian con el tiempo, como el medio ambiente y los organismos. El área positivamente invariante también demuestra soluciones positivas y delimitadas del modelo tratado. Los estados de equilibrio para la ocurrencia y extinción de poblaciones de peces se derivan para una solución factible del sistema. También utilizamos teoremas de punto fijo para analizar la existencia y singularidad del modelo. La función generalizada de Ulam-Hyers-Rassias se utiliza para analizar la estabilidad del sistema. Para estudiar el impacto del operador fraccionario a través de simulaciones computacionales, se generan resultados empleando un polinomio de Lagrange de dos pasos en la versión generalizada para el kernel de la ley de potencia y también se comparan los resultados con una ley exponencial y el kernel de Mittag Leffler. También producimos gráficos del modelo en varios órdenes derivados fraccionarios para ilustrar la importante influencia que el orden fraccionario tiene en las diferentes clases del modelo con los efectos de memoria del operador fraccionario. Para ayudar con la supervisión de las pesquerías, esta investigación construye conexiones matemáticas entre el mundo natural y los ecosistemas acuáticos.

Files

s41598-023-49806-7.pdf.pdf

Files (3.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0836fd3bb83010f019a228e7c5adf1b
3.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استقرار Ulam - Hayers - Rassias المعمم وتقنيات مستدامة جديدة للتحليل الديناميكي لتأثير الاحترار العالمي على النظام البيئي
Translated title (French)
Stabilité Ulam-Hyers-Rassias généralisée et nouvelles techniques durables pour l'analyse dynamique de l'impact du réchauffement climatique sur l'écosystème
Translated title (Spanish)
Estabilidad generalizada de Ulam-Hyers-Rassias y nuevas técnicas sostenibles para el análisis dinámico del impacto del calentamiento global en el ecosistema

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389868807
DOI
10.1038/s41598-023-49806-7

Is supplement to
https://openalex.org/W4386428464 (Other)
https://openalex.org/W4225788860 (Other)
https://openalex.org/W4200393486 (Other)
https://openalex.org/W3190643595 (Other)
https://openalex.org/W3096121261 (Other)
https://openalex.org/W3042255731 (Other)
https://openalex.org/W2790595990 (Other)
https://openalex.org/W2385279392 (Other)
https://openalex.org/W1998546711 (Other)
https://openalex.org/W169866266 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1617570152
  • https://openalex.org/W2048487157
  • https://openalex.org/W2055102700
  • https://openalex.org/W2065941573
  • https://openalex.org/W2082493989
  • https://openalex.org/W2134837756
  • https://openalex.org/W2150303148
  • https://openalex.org/W2174982349
  • https://openalex.org/W2282261199
  • https://openalex.org/W2345709158
  • https://openalex.org/W2753978796
  • https://openalex.org/W2901078346
  • https://openalex.org/W2943969747
  • https://openalex.org/W2945211108
  • https://openalex.org/W2963968308
  • https://openalex.org/W2999370025
  • https://openalex.org/W2999716706
  • https://openalex.org/W3012097955
  • https://openalex.org/W3026272116
  • https://openalex.org/W3033346771
  • https://openalex.org/W3049256446
  • https://openalex.org/W3092092284
  • https://openalex.org/W3188542684
  • https://openalex.org/W3193766357
  • https://openalex.org/W3198747064
  • https://openalex.org/W3210809965
  • https://openalex.org/W4206266229
  • https://openalex.org/W4283516079
  • https://openalex.org/W4285729095
  • https://openalex.org/W4295791637
  • https://openalex.org/W4361199885
  • https://openalex.org/W4366494159
  • https://openalex.org/W4376870585