Simulations of Theoretical Ecosystem Growth Model (TEGM) during various climate conditions

Climate change has a great impact on the build and the work of natural ecosystems. Disappearance of some population or growth of the number in some species can be already caused by little change in temperature. A Theoretical Ecosystem Growth Model was investigated in order to examine the effects of various climate patterns on the ecological equilibrium. The answers of the ecosystems which are given to the climate change could be described by means of global climate modelling and dynamic vegetation models. The examination of the operation of the ecosystems is only possible in huge centres on supercomputers because of the number and the complexity of the calculation. The number of the calculation could be decreased to the level of a PC by considering the temperature and the reproduction during the modelling of a theoretical ecosystem and several important theoretical questions could be answered.

Simulation modeling of phytoplankton dynamics in a large eutrophic river, Hungary – Danubian Phytoplankton Growth Model (DPGM)

Ecological models have often been used in order to answer questions that are in the limelight of recent researches such as the possible effects of climate change. The methodology of tactical models is a very useful tool comparison to those complex models requiring relatively large set of input parameters. In this study, a theoretical strategic model (TEGM ) was adapted to the field data on the basis of a 24-year long monitoring database of phytoplankton in the Danube River at the station of G¨od, Hungary (at 1669 river kilometer – hereafter referred to as “rkm”). The Danubian Phytoplankton Growth Model (DPGM) is able to describe the seasonal dynamics of phytoplankton biomass (mg L−1) based on daily temperature, but takes the availability of light into consideration as well. In order to improve fitting, the 24-year long database was split in two parts in accordance with environmental sustainability. The period of 1979–1990 has a higher level of nutrient excess compared with that of the 1991–2002. The authors assume that, in the above-mentioned periods, phytoplankton responded to temperature in two different ways, thus two submodels were developed, DPGM-sA and DPGMsB. Observed and simulated data correlated quite well. Findings suggest that linear temperature rise brings drastic change to phytoplankton only in case of high nutrient load and it is mostly realized through the increase of yearly total biomass.

Non-uniqueness through duality in the von Neumann growth models

Duality can be viewed as the soul of each von Neumann growth model. This is not at all surprising because von Neumann (1955), a mathematical genius, extensively studied quantum mechanics which involves a “dual nature” (electromagnetic waves and discrete corpuscules or light quanta). This may have had some influence on developing his own economic duality concept. The main object of this paper is to restore the spirit of economic duality in the investigations of the multiple von Neumann equilibria. By means of the (ir)reducibility taxonomy in Móczár (1995) the author transforms the primal canonical decomposition given by Bromek (1974) in the von Neumann growth model into the synergistic primal and dual canonical decomposition. This enables us to obtain all the information about the steadily maintainable states of growth sustained by the compatible price-constellations at each distinct expansion factor.

Vállalatok egy Neumann-típusú gazdaságban (Firms in a Neumann’s model economy)

A dolgozat a klasszikusnak tekinthető Neumann-féle növekedési modell egy új alapra helyezését tartalmazza. Az eredeti Neumann-modellben expliciten vállalatok nem szerepelnek, csak technológiák vagy eljárások. A dolgozat egy olyan Neumann-típusú modellt vizsgál, amelyben az egyes technológiáknak vállalatokat feleltet meg, és azt vizsgálja, hogy ilyen feltételezés mellett egy ilyen gazdaságban léteznek-e olyan megoldások, amelyek mellett a vállalatok maximalizálják a nyereségüket. Ennek vizsgálata közben arra az eredményre juthatunk, hogy erre az esetre a klasszikus Neumann-modell által feltételezett nempozitív nyereséget felül kell vizsgálni, ami a klasszikus matematikai közgazdaságtan dualitáson alapuló alapfeltételezése. ______ The paper investigates a generalization of the classical growth model of John von Neumann. There are only technologies in model of von Neumann. The aim of the paper is to rename technologies as firms and it is analyzed whether there exist equilibrium prices and quantities for firms to maximize the total profit. The paper reexamines the classical assumption about the duality of prices, i.e. it is allowed a nonnegative profit of firms.

Nemlineáris dinamika klasszikus növekedési modellekben (Nonlinear dynamics in classical economic growth models)

Ebben a tanulmányban a klasszikus Harrod növekedési modellt nemlineáris kiterjesztéssel, keynesi és schumpeteri tradíciók bevezetésével reprezentatív ügynök modellbe alakítjuk. A híres Lucas kritika igazolásaként megmutatjuk, hogy az intrinsic gazdasági növekedési ütemek trajektóriái vagy egy turbulens káoszba szóródnak szét, vagy egy nagyméretű rendhez vezetnek, ami elsődlegesen a megfelelő fogyasztási függvény típusától függ, s bizonyos paraméterek piaci értékei, pedig csak másodlagos szerepet játszanak. A másik meglepő eredmény empirikus, ami szerint külkereskedelmi többlet, a hazai valuta bizonyos devizapiaci értékei mellett, különös attraktorokat generálhat. _____ In this paper the classical Harrodian growth model is transformed into a representative agent model by its nonlinear extensions and the Keynesian and Schumpeterian traditions. For the proof of the celebrated Lucas critique it is shown that the trajectories of intrinsic economic growth rates either are scattered into a turbulent chaos or lead to a large scale order. It depends on the type of the appropriate consumption function, and the market values of some parameters are playing only secondary role.Another surprising result is empirical: the international trade su±cit may generate strange attractors under some exchange rate values.

Lie-szimmetriák egy közgazdasági alkalmazása (An economic application of the Lie symmetries)

Ebben a tanulmányban ismertetjük a Nöther-tétel lényegi vonatkozásait, és kitérünk a Lie-szimmetriák értelmezésére abból a célból, hogy közgazdasági folyamatokra is alkalmazzuk a Lagrange-formalizmuson nyugvó elméletet. A Lie-szimmetriák dinamikai rendszerekre történő feltárása és viselkedésük jellemzése a legújabb kutatások eredményei e területen. Például Sen és Tabor (1990), Edward Lorenz (1963), a komplex kaotikus dinamika vizsgálatában jelent®s szerepet betöltő 3D modelljét, Baumann és Freyberger (1992) a két-dimenziós Lotka-Volterra dinamikai rendszert, és végül Almeida és Moreira (1992) a három-hullám interakciós problémáját vizsgálták a megfelelő Lie-szimmetriák segítségével. Mi most empirikus elemzésre egy közgazdasági dinamikai rendszert választottunk, nevezetesen Goodwin (1967) ciklusmodelljét. Ennek vizsgálatát tűztük ki célul a leírandó rendszer Lie-szimmetriáinak meghatározásán keresztül. / === / The dynamic behavior of a physical system can be frequently described very concisely by the least action principle. In the centre of its mathematical presentation is a specic function of coordinates and velocities, i.e., the Lagrangian. If the integral of the Lagrangian is stationary, then the system is moving along an extremal path through the phase space, and vice versa. It can be seen, that each Lie symmetry of a Lagrangian in general corresponds to a conserved quantity, and the conservation principle is explained by a variational symmetry related to a dynamic or geometrical symmetry. Briey, that is the meaning of Noether's theorem. This paper scrutinizes the substantial characteristics of Noether's theorem, interprets the Lie symmetries by PDE system and calculates the generators (symmetry vectors) on R. H. Goodwin's cyclical economic growth model. At first it will be shown that the Goodwin model also has a Lagrangian structure, therefore Noether's theorem can also be applied here. Then it is proved that the cyclical moving in his model derives from its Lie symmetries, i.e., its dynamic symmetry. All these proofs are based on the investigations of the less complicated Lotka Volterra model and those are extended to Goodwin model, since both models are one-to-one maps of each other. The main achievement of this paper is the following: Noether's theorem is also playing a crucial role in the mechanics of Goodwin model. It also means, that its cyclical moving is optimal. Generalizing this result, we can assert, that all dynamic systems' solutions described by first order nonlinear ODE system are optimal by the least action principle, if they have a Lagrangian.

A fizikai matematika legújabb eredményei mint a közgazdaság-tudomány lehetséges vizsgálati eszközei (The newest results of physical mathematics as the possible investigation tools of economics)

A közgazdaság-tudomány számos problémája a fizika analóg modelljeinek segítségével nyert megoldást. A közgazdászok körében erőteljesen megoszlanak a vélemények, hogy a közgazdasági modellek mennyire redukálhatók a fizika, vagy más természettudományok eredményeire. Vannak,akik pontosan ezzel magyarázzák,hogy a mai mainstream közgazdasági elmélet átalakult alkalmazott matematikává,ami a gazdasági kérdéseket csak a társadalom-tudományi vonatkozásaitól eltekintve képes vizsgálni. Mások, e tanulmányszerzője is, viszont úgy vélekednek, hogy a közgazdasági problémák egy része, ahol lehetőség van a mérésre, jól modellezhetők a természettudományok technikai arzenáljával. A másik része, amelyekben nem lehet mérni,s tipikusan ilyenek a társadalomtudományi kérdések, ott sokkal komplexebb technikákra lesz szükség. Etanulmány célkitűzése, hogy felvázolja a fizika legújabb, az irreverzibilis dinamika, a relativitáselmélet és a kvantummechanika sztochasztikus matematikai összefüggéseit, amelyekből a közgazdászok választhatnak egy-egy probléma megfogalmazásában és megoldásában. Például az időoperátorok pontos értelmezése jelentős fordulatot hozhat a makroökonómiai elméletekben; vagy az eddigi statikus egyensúlyi referencia pontokat felválthatják a dinamikus,időben változó sztochasztikus egyensúlyi referenciafüggvények, ami forradalmian új megvilágításba helyezhet számos társadalomtudományi, s főleg nemegyensúlyi közgazdasági kérdést.A termodinamika és a biológiai evolúció fogalmait és definícióit Paul A. Samuelson (1947) már adaptálta a közgazdaságtanban, viszont a kvantummechanika legújabb eredményeit, az időoperátorokat stb. nem érintette. E cikk azokat a legújabb fizikai, kémiai és biológiai matematikai összefüggéseket foglalja össze,amelyek hasznosak lehetnek a közgazdasági modellek komplexebb megfogalmazásához. ___________________ The aim of this paper is to out line the newest results of physics,i.e.,the stochastic mathematical relations of relativity theory and quantum mechanics as well as irreversible dynamics which can be applied for some economic problems.For example,the correct interpretation of time operators using for the macroeconomic theories may provide a serious improvement in approach to the reality.The stochastic dynamic equilibrium reference functions will take over the role of recent static equilibrium reference points,which may also reveal some nonequilibrium questions of macroeconomics.The concepts and definitions of thermodynamics and biological evolution have been adopted in economics by Paul A. Samuelson, but he did not concern the newest results of quantum mechanics, e.g., the time operators. Now we do it.In addition, following Samuelson,we show that von Neumann growth model cannot be explained as a peculiar extension of thermodynamic irreversibility.

The effect of the reproductivity's velocity on the biodiversity of a theoretical ecosystem

Climate change has a great impact on the build and the work of natural ecosystems. Disappearance of some population or growth of the number in some species can be already caused by little change in temperature. A Theoretical Ecosystem Growth Model was investigated in order to examine the effects of various climate patterns on the ecological equilibrium. This paper examines the diversity of a theoretical ecosystem on the grounds of changing in temperature-climate patterns. Simulations were made from the simplest case to the more complex exercise to explain harder questions. Daily temperature values were calculated according to various functions. The effect of existing climate patterns (historical or future daily temperatures) was analysed where temperature values were from various climatic zones. In this paper it is examined what kind of environmental conditions result larger diversity related to the velocity of reproduction.