Модели биогео- и гидрохимических процессов в морских экосистемах

ЛЕКЦИЯ 2-1-3.

При построении моделей вначале строится логическая схема связей элементов экосистемы и выделяются важнейшие из них, а затем создается математический аналог экосистемы и производится формализация основных действующих в экосистеме процессов.

Модель используется для анализа особенностей гео- и гидроэкологического состояния водоема (или его отдельных участков), которое определяется спецификой гидрометеорологического, гидрохимического и гидробиологического режимов. Это означает, что отдельные параметры состояния среды меняются в пространственно-временном масштабе, и на основе анализа их изменчивости изучается поведение экосистемы или ее реакция на воздействие природных и антропогенных факторов.

Выделение математического моделирования водных экосистем как самостоятельного научного направления началось с моделей Стритера-Фелпса (для изучения режима О₂ в реках) и Вольтера-Лотки (для изучения взаимоотношений типа хищник-жертва), появившихся в первой четверти ХХ в. К 1980 г. в мире было создано ~150 математических моделей разной сложности для изучения разных вопросов функционирования экосистем водоемов и водотоков [Айзатуллин, Шамардина, 1980].

Более сотни из этого количества моделей были разработаны для озер и водохранилищ (Великих Американских озер, также Братского, Иваньковского, Рыбинского, Можайского, Зейского, Днепровских, и других водоемов). Кроме задач евтрофирования водоемов, оценок потоков энергии и продуктивности, с помощью моделирования решались вопросы влияния периодического затопления суши на экосистему, массового “цветения” водохранилищ.

Большинство из этих моделей являются точечными корреляционно-регрессионными и точечными или двухрезервуарными моделями первичного продуцирования и бюджета Р, как лимитанта и фактора евтрофирования водных систем. Имитационные модели занимали только 10% в общем числе математических разработок и численных экспериментов на моделях [Айзатуллин, Шамардина, 1980].

С помощью значительного количества разработанных моделей к 1980-у г. исследовались экосистемы континентальных источников, рек, ручьев, а также временных водоемов и прудов, как самых простых объектов моделирования, и имелись только единичные модели, в которых пытались описать состояние экосистем морских водоемов или отдельных их участков.

К началу ХХI в. в мире уже было разработано достаточно много имитационных моделей, способных аналитически и численно исследовать происходящие в водных экосистемах изменения важнейших химических и биологических характеристик. Их обстоятельный обзор представлен в многочисленных литературных источниках [Вавилин, 1986; Домбровский и др., 1990; Цхай, 1995; Леонов, 1999; Якушев, 2002].

Отметим, что большинство моделей, касающихся вопросов трансформации веществ в морской среде под влиянием биохимических процессов, являются точечными или резервуарными. В пространственных моделях этим вопросам уделяется меньше внимания и акцент делается больше на анализ пространственно-временной изменчивости гидрохимических и биологических компонентов водных экосистем.

Дата добавления: 2014-01-07