Примеры боксовых моделей

Серия моделей этого типа была предложена шведскими учеными на основании исследования циркуляции Мирового океана. В этих моделях по дефициту биогенного элемента в боксе находятся составляющие массопереноса [Bolin et al., 1983].

С помощью боксовой модели исследован баланс фосфора в Мировом океане (подразделен на 9 однородных боксов), при этом учитывались процессы потребления, регенерации, оседания и обмена форм Р. С помощью подобной модели исследовались особенности влияния атлантического субтропического круговорота вод на перенос радиоактивных трассеров, а также нитратов и кислорода, что позволило оценить характеристики новой продукции по нитратам и БПК [Sarmiento et al., 1990].

Моделирование процессов, формирующих качество воды, может использоваться как метод количественного учета антропогенного воздействия на морскую среду в результате осуществления инженерных проектов в прибрежной зоне. Так в работе Постма [Postma, 1984] показан пример применения моделей переноса морских вод и качества воды, рассматривающей изменение концентраций органического N, аммония, нитритов и нитратов, Р, О₂ и биомасс бактерий, для оценки воздействия строительства и дальнейшего функционирования нового аэропорта на состояние вод в прибрежной зоне в бухте Лантау (Восточно-Китайское море).

С помощью боксовой модели успешно исследовались экосистемы озера Балатон в Венгрии [Леонов, 1986]. Одна из версий этой модели, включающая формы N и растворенного ОВ, была применена для исследования экосистемы Ладожского озера [Леонов и др., 1991]. Более поздняя версия модели позволяет рассчитывать трансформацию основных соединений органогенных элементов (С, N, P, O) [Леонов и др., 1994]. Усовершенствованный вариант этой модели учитывает характеристики загрязнения (нефтепродукты, пестициды, тяжелые металлы, фенолы), продукцию фитопланктона и концентрации веществ в донных осадках [Leonov, 2000].

Все современные модели работают по схеме: потребление – выедание – смертность. При этом, как правило, каждую функцию моделируют отдельно. В модели А.В. Леонова две последние функции завязаны на потребление. Этим обеспечивается саморегулирование (самонастройка) модели. При настройке этой модели адаптационные коэффициенты достаточно изменить всего на 10-15%, чтобы модель максимально реально начала отражать процессы, происходящие в данной экосистеме. В других моделях, чтобы получить сравнимый эффект, коэффициенты необходимо изменять на порядки!!!

Модель А.В. Леонова требует минимальной адаптации, т.к. имеет структуру, которая подстраивает водное сообщество на активность, определяемую условиями среды. На модели можно разыграть сценарии с разъяснением того, что может быть при определенных авариях и каковы будут их последствия.

Систематизация существующих математических моделей и анализ их возможностей для описания изменения концентраций отдельных компонентов морских экосистем показали, что с помощью боксовой гидроэкологической модели трансформации соединений органогенных элементов [Леонов, Сапожников, 1997] на основе взаимосвязанного описания химических, биологических и физических процессов можно достаточно адекватно исследовать широкий класс задач в рамках гео- и гидроэкологических исследований, в частности, изучать:

- поступление биогенных веществ в водоем с речным стоком и атмосферными осадками;

- развитие обменных процессов на границе раздела вода-дно;

- реакцию морских экосистем на поступление биогенных веществ из разных внешних источников и на изменение внутренних потоков биогенных веществ за счет процессов биотрансформации (потребления питательных веществ, выделения продуктов метаболизма, отмирания биомассы гидробионтов);

- интенсивность трофодинамических взаимодействий гидробионтов;

- перенос биогенных веществ водными массами через границы между соседними акваториями;

- эффекты евтрофирования морской среды и возрастания биомассы гидробионтов, интенсивности и продолжительности периодов цветения планктонных организмов, изменения условий биогенного лимитирования процессов биопродукции (P или N);

- роль основных биологических компонентов, участвующих в продукционном цикле и способствующих перераспределению соединений биогенных элементов в столбе воды, а также внутригодового их поступления и последующей биотрансформации в экосистеме моря.

Отдельные комплексные модельные разработки использовались при исследовании экосистем Охотского [Леонов, Сапожников, 1997] и Каспийского морей [Леонов, Сапожников, 2000]. При моделировании Охотского моря исследовались циклы N, P и Si параллельно. Всего рассматривалось 18 блоков, из которых 6 блоков включали живые организмы. Море было разбито на 8 боксов – “акваторий”, между которыми происходит массообмен. В 2001-2002 гг. на этой модели исследовались условия функционирования экосистемы зал. Анива – прол. Лаперуза в 4 боксах [Пищальник, Леонов, 2003].

Дата добавления: 2014-01-07