РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА GREEN JASMINE ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМ

Алексей Владимирович Толстиков, Илья Александрович Чернов, Светлана Александровна Мурзина, Дарья Михайловна Мартынова, Николай Геннадьевич Яковлев, Alexey Tolstikov, Ilya Chernov, Svetlana Murzina, Daria Martynova, Nikolai Yakovlev

Аннотация


Комплекс Green JASMINE предназначен для получения согласованных данных по термогидродинамике и биогеохимическим параметрам Белого моря, количественного выражения потоков вещества внутри водоема и на границе с Баренцевым морем. В качестве термогидродинамического блока используется модель JASMINE, основанная на конечно-элементной модели Северного Ледовитого океана (FEMAO). Модель настроена на условия Белого моря и сопряжена с блоком динамики пелагической экосистемы, в качестве которого применяется итальянская модель BFM. В BFM использован стехиометрический подход для математического описания состояния экологической системы: неизвестными являются концентрации тех или иных элементов в составе различных функциональных групп, таких как, например, диатомовые водоросли, крупный фитопланктон, цианобактерии, бактериопланктон, гетеротрофные жгутиконосцы, растворенное в воде косное органическое или неорганическое вещество. Полный список переменных насчитывает пять десятков, при этом описаны циклы углерода, азота, фосфора, кремния, а также хлорофилл «а» в составе автотрофных организмов, учитываются растворенный в воде кислород и сероводород. Отмечается адекватное воспроизведение термогидродинамических параметров Белого моря. Качественное модельное распределение хлорофилла «а» и первичной продукции также в целом соответствует реальной картине его распределения.

Разрабатываемый программный комплекс Green JASMINE помогает решать важные задачи, связанные с функционированием экосистем Белого моря. Его особенностью является возможность рассматривать распределение температуры, солености, льда и состояние экосистем в зависимости от сценариев изменения внешних факторов. Функционирует блок переноса примеси, включая перенос нефти, что особенно актуально при моделировании экологических катастроф. Кроме того, комплекс обладает значительной гибкостью и мощным потенциалом для расширения.


Ключевые слова


Белое море; моделирование; пелагическая экосистема; Green JASMINE; BFM

Полный текст:

PDF

Литература


База данных ЗИН РАН [Электронный ресурс]. URL: http://www.st.nmfs.noaa.gov/copepod/timeseries/ru-10101/ (дата обращения: 10.04.2016).

Белевич Т. А., Ильяш Л. В., Милютина И. А. и др. Метагеномика пиководорослей Белого моря: первые данные // Биохимия. 2015. Т. 80, № 11. С. 1731–1740.

Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов / Под ред. Н. Н. Филатова, А. Ю. Тержевика. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 335 с.

Бергер В. Я. Продукционный потенциал Белого моря. Исследования фауны морей. СПб.: ЗИН РАН, 2007. Т. 60 (68). 292 с.

Вычислительный кластер Карельского научного центра РАН «Центр высокопроизводительной обработки данных». URL: http://cluster.krc.karelia.ru (дата обращения: 01.08.2016).

Вычислительный кластер Института вычислительной математики РАН: www.inm.ras.ru/claster (дата обращения: 01.08.2016).

Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. II. Вып. 2. Белое море. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биопродуктивности. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 196 с.

Данные реанализа NCEP/NCAR. URL: http://www.esrl.noaa.gov (дата обращения: 08.09.2016).

Ильяш Л. В., Радченко И. Г., Кузнецов Л. Л. и др.

Пространственная вариабельность состава, обилия и продукционных характеристик фитопланктона Белого моря в конце лета // Океанология. 2011. Т. 51, № 1. С. 24–32.

Ильяш Л. В., Житина Л. С., Белевич Т. А. и др.

Пространственное распределение фитопланктона Белого моря при нетипичном доминировании динофлагеллят (июль 2009 г.) // Океанология. 2016. Т. 56, № 3. С. 403–413. doi: 10.7868/S0030157416030096

Кравчишина М. Д. Взвешенное вещество Белого моря и его гранулометрический состав. М.: Научный мир, 2009. 264 с.

Максимова М. П. Эстуарная иерархическая система Белого моря. Препринт доклада. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2012. 48 с.

Примаков И. М. Механизмы формирования пространственно-временной организации сообществ мезозоопланктона Белого моря // Исследование фауны морей. СПб.: ЗИН РАН, 2012. Т. 70 (78). 137 с.

Семенов Е. В. Численное моделирование динамики Белого моря и проблема мониторинга // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2004. Т. 40, № 1. С. 128–141.

Толстиков А. В. Изменчивость температуры поверхностного слоя Белого моря. М.: ГЕОС, 2016. 212 с.

Толстиков А. В., Филатов Н. Н., Здоровеннов Р. Э. Белое море и его водосбор // Свид. о гос. рег. базы данных № 2010620435. 16 августа 2010 г.

Чернов И. А., Толстиков А. В. Программный комплекс JASMINE для моделирования динамики и экосистемы моря (на примере Белого моря) // Герценовские чтения. LXVIII конференция. СПб., 2015. С. 156–159.

Чернов И. А., Толстиков А. В., Яковлев Н. Г. Комплексная модель Белого моря: гидротермодинамика вод и морского льда // Труды КарНЦ РАН. Серия Математическое моделирование и информационные технологии. 2016. № 8. С. 116–128. doi: 10.17076/mat397

Яковлев Н. Г. Воспроизведение крупномасштабного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана в 1948–2002 гг. Часть 1: Численная модель и среднее состояние // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2009. Т. 45, № 3. С. 1–16.

Berger V., Dahle S., Galaktionov K. et al. White Sea. Ecologyand Environment. St. Petersburg; Tromsö. 2001. 157 p.

Biogeochemical FluxModel (BFM). URL: http://bfmcommunity.

eu (дата обращения: 08.09.2016).

Burenkov V. I., Kopelevich O. V., Sheberstov S. V., Vazulya S. V. Space-time variability of suspended matter in the White Sea from satellite ocean color data // Current Problems in Optics of Natural Waters. Proceedings of the VI International conference. St. Petersburg: Nauka, 2011. P. 143–146.

Chernov I. Numerical Modelling of large-scale Dynamics of the White Sea // Universal Journal of Geoscience. 2013. Vol. 1 (3). P. 150–153.

Kravchishina M., Klyuvitkin A., Filippov A. et al. Suspended particulate matter in the White Sea: the results of long-term interdisciplinary research // Complex Interfaces Under Change: Sea – River – Groundwater – Lake. Proceedings of HP2/HP3, IAHS-IAPSO-IASPEI Assembly, (Gothenburg, Sweden, July 2013). 2015. P. 35–41.

Lazzari P., Solidoro C., Salon S., Bolzon G. Spatial variability of phosphate and nitrate in the Mediterranean Sea: A modeling approach // Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers. 2016. 108. P. 39–52.

Martynova D. M., Kazus’ N. A., Bathmann U. V. et al. Seasonal abundance and feeding patterns of copepods Temoralongicornis, Centropageshamatusand Acartia spp. in the White Sea (66°N) // Polar Biology, 2011. 34. P. 1175–1195. doi: 10.1007/s00300‑011‑0980‑7

Usov N., Kutcheva I., Primakov I., Martynova D. Every species is good in its season: Shifts in annual temperature dynamics affect the zooplankton in the White Sea differently // Hydrobiologia. 2013. Special Issue. 706 (1). P. 11–33. doi: 10.1007/s10750‑012‑1435‑z

Vichi M., Lovato T., Gutierrez Mlot E., McKiver W. Coupling BFM with Ocean models: the NEMO model (Nucleus for the European Modelling of the Ocean) // BFM Report series Nо. 2. Release 1.0 (August 2015. Bologna. Italy). 2015. 31 p.

References in English

Baza dannih ZIN RAN [Database of Zoological Institute of RAS]. URL: http://www.st.nmfs.noaa.gov/copepod/time-series/ru-10101/ (accessed: 10.04.2016).

Belevich T. A., Il’yash L. V., Milutina I. A., Logaceva M. D., Goryunov D. V., Troichkiy A. V. Metagenomika pikovodorosley Belogo morya: pervie danniye [Metagenomics of pico algae of the White Sea: the first data]. Biohimiya [Biochemistry]. 2015. Vol. 80, no. 11. P. 1731–1740.

Beloe more i ego vodosbor pod vliyaniem klimaticheskikh i antropogennykh faktorov [The White Sea and its catchment under the influence of climate and antropogenic factors]. Eds. N. N. Filatov, A. Yu. Terzhevik. Petrozavodsk: KarRC of RAS, 2007. 349 p.

Berger V. Ya. Produkcionniy potencial Belogo morya [Production potential of the White Sea]. Issledovaniya fauni morey [Explorations of the Fauna of the Seas]. St. Petersburg: ZIN RAS, 2007. Vol. 60 (68). 292 p.

Chernov I. A., Tolstikov A. V. Programmniy komplex JASMINE dlya modelirovaniya dinamiki i ekosistemy morya (na primere Belogo morya) [Software complex JASMINE for simulation of dynamics and ecosystem of a sea (on the example of the White Sea)]. Gercenovskie chteniya. LXVIII conferenciya [LXVIII Gertsen Reedings. Proceed. of the Conference]. St. Petersburg, 2015. P. 156–159.

Chernov I. A., Tolstikov A. V., Iakovlev N. G. Kompleksnaya

model’ Belogo morya: gidrotermodinamika vod i morskogo l’da [Comprehensive model of the White Sea: hydrothermodynamics of water and sea ice]. Trudy KarNC RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2016. No. 8. P. 116–128. doi: 10.17076/mat397

Dannie reanaliza [Reanalysis data] NCEP/NCAR. URL: http://www.esrl.noaa.gov (accessed: 08.09.2016).

Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. Vol. II. Beloe more. Iss. 1. Gidrometeorologicheskie usloviyа Hydrometeorology and hydrochemistry of the seas (USSR). Vol. II. The White Sea. Iss. 1. Hydrometeorological conditions]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1991. 240 p.

Il’yash L. V., Radchenko I. G., Kuznecov L. L., Lisicin A. P., Martinova D. M., Novigatskiy A. N., Chul’cova A. L. Prostranstvennaya variabel’nost’ sostava, obiliya i produkcionnih harakteristik phitoplanktona Belogo morya v conce leta [Spatial variability of species composition, abundance and productivity of phytoplankton in the White Sea at the end of summer]. Okeanologiya [Oceanology]. 2011. Vol. 51, no. 1. P. 24–32.

Il’yash L. V., Zhitina L. S., Belevich T. A., Shevchenko V. P., Kravchishina M. D., Pantyulin A. N., Tolstikov A. V., Chul’cova A. L. Prostranstvennoye raspredeleniye phitoplanktona Belogo morya pri netipichnom dominirovanii dinoflagellyat (iyul’ 2009 g.) [Spatial distribution of phytoplankton in the White Sea during atypical dinoflagellates domination (July 2009)]. Okeanologiya [Oceanology]. 2016. Vol. 56, no. 3. P. 403–413. doi:10.7868/S0030157416030096

Kravchishina M. D. Vzveshennoye veshestvo Belogo morya i ego granulometricheskiy sostav [Suspended substance in the White Sea and its grain size distribution]. Moscow: Naushniy mir, 2009. 264 p.

Maksimova M. P. Estuarnaya ierarhicheskaya sistema

Belogo morya [Hierarchical estuarine system of the

White Sea]. Preprint doklada [Preprint]. Petrozavodsk:

KarRC of RAS, 2012. 48 p.

Primakov I. M. Mehanizmi formirovaniya prostranstvenno-

vremennoy organizacii soobshestv mezozooplanktona

Belogo morya [Formation mechanisms of

spatio-temporal organization of mezazooplankton communities

in the White Sea]. Issledovaniye fauny morey

[Explorations of the Fauna of the Seas]. St. Petersburg:

ZIN RAS, 2012. Vol. 70 (78). 137 p.

Semenov E. Chislennoe modelirovanie dinamiki Belogo morya i problema monitoringa [Numerical modelling of the White Sea dynamics and a problem of monitoring]. Izvestiya RAN, FAO [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics]. 2004. No. 1. P. 128–141.

Tolstikov A. V. Izmenchivost’ temperaturi poverhnostnogo

sloya Belogo morya [Variability of the surface layer temperature of the White Sea]. Moscow: GEOS, 2016. 212 p.

Tolstikov A. V., Filatov N. N., Zdorovennov R. E. Beloe more i ego vodosbor. Svidetel’stvo ob oficial’noy registracii bazy dannih [The official registration certificate of the database The White Sea and its catchment]. No. 2010620435 ot 16.08.2010

Vichislitel’niy klaster Karel’skogo nauchnogo centra RAN [Computer cluster of KRC RAS]. Centr visokoproizvoditel’noy obrabotki dannih [Center for high-performance data processing]. URL: http://cluster.krc.karelia.ru (accessed: 01.08.2016).

Vichislitel’niy klaster Instituta vichislitelnoy matematiki RAN [Computer cluster of Numerical Mathematics]. URL: www.inm.ras.ru/claster (accessed: 01.08.2016).

Yakovlev N. G. Vosproizvedeniye krupnomasshtabnogo sostoyaniya vod i morskogo l’da Severnogo Ledovitogo okeana v 1948–2002 gg. Chast’ 1: Chislennaya model’ i srednee sostoyanie [Reproduction of the largescale state of water and sea ice in the Arctic Ocean from 1948 to 2002. Pt. 1. Numerical model and the average state]. Izvestiya RAN, FAO [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics]. 2009. No. 3. P. 1–16.

Berger V., Dahle S., Galaktionov K., Kosobokova X., Naumov A., Rat’kova T., Savinov V., Savinova T. White Sea. Ecologyand Environment. St. Petersburg; Tromsö. 2001. 157 p.

Biogeochemical Flux Model (BFM). URL: http://bfm-community.eu (accessed: 08.09.2016).

Burenkov V. I., Kopelevich O. V., Sheberstov S. V., Vazulya S. V. Space-time variability of suspended matter in the White Sea from satellite ocean color data. Current Problems in Optics of Natural Waters. Proceedings of the VI International conference. St. Petersburg: Nauka, 2011. P. 143–146.

Chernov I. Numerical Modelling of large-scale Dynamics of the White Sea. Universal Journal of Geoscience. 2013. Vol. 1 (3). P. 150–153.

Kravchishina M., Klyuvitkin A., Filippov A., Novigatsky A., Politova N., Shevchenko V., Lisitzin A. Suspended particulate matter in the White Sea: the results of long-term interdisciplinary research. Complex Interfaces Under Change: Sea – River – Groundwater – Lake. Proceedings of HP2/HP3, IAHS-IAPSO-IASPEI Assembly (Gothenburg, Sweden, July 2013). 2015. P. 35–41.

Lazzari P., Solidoro C., Salon S., Bolzon G. Spatial variability of phosphate and nitrate in the Mediterranean Sea: A modeling approach. Deep Sea Research. Part I: Oceanographic Research Papers. 2016. 108. P. 39–52.

Martynova D. M., Kazus’ N. A., Bathmann U. V., Graeve M., Sukhotin A. A. Seasonal abundance and feeding patterns of copepods Temoralongicornis, Centropageshamatusand Acartia spp. in the White Sea (66°N). Polar Biology. 2011. 34. P. 1175–1195. doi: 10.1007/s00300‑011‑0980‑7

Usov N., Kutcheva I., Primakov I., Martynova D. Every species is good in its season: Shifts in annual temperature dynamics affect the zooplankton in the White Sea differently. Hydrobiologia. 2013. Special Issue. 706 (1). P. 11–33. doi: 10.1007/s10750‑012‑1435‑z

Vichi M., Lovato T., Gutierrez Mlot E., McKiver W. Coupling BFM with Ocean models: the NEMO model (Nucleus for the European Modelling of the Ocean). BFM Report series No. 2. Release 1.0 (August 2015. Bologna. Italy). 2015. 31 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb501

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016