МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕЛКОВОДНОМ БОРЕАЛЬНОМ ОЗЕРЕ: ВЕРИФИКАЦИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ

Илья Сергеевич Зверев, Роман Эдуардович Здоровеннов, Галина Эдуардовна Здоровеннова, Сергей Рэмович Богданов, Сергей Юрьевич Волков, Галина Геннадиевна Гавриленко, Татьяна Владимировна Ефремова, Николай Иннокентьевич Пальшин, Сергей Дмитриевич Голосов, Аркадий Юрьевич Тержевик, Ilya Zverev, Roman Zdorovennov, Galina Zdorovennova, Sergey Bogdanov, Sergey Volkov, Galina Gavrilenko, Tatyana Efremova, Nikolai Palshin, Sergey Golosov, Arkady Terzhevik

Аннотация


Расчеты на трехмерной термогидродинамической модели были верифицированы на основе сравнения модельных данных с результатами наблюдений, проводившихся вдоль трех разрезов в оз. Вендюрском несколько раз в подледный период. Оценки показали, что 1) модель переоценивает толщину сезонного льда, но при этом модельный лед устанавливается и разрушается в сроки, очень близкие к наблюденным; 2) модель в целом недооценивает температуру воды на 8-10%; 3) сравнение модельных течений с данными измерений средних течений в отдельных точках озера показало качественное соответствие направления (совпадение по квадранту) и модуля скорости (совпадение по порядку величины и медленное убывание скорости со временем в течение зимнего сезона) модельных и наблюденных течений в подледный период зимы 1994-1995 гг. Недооценка температуры воды может оказывать влияние и на качество воспроизведения моделью химико-биологических процессов. Так, например, следует ожидать завышенные значения абсолютного содержания растворенного кислорода в основной части столба воды. Завышенные значения модельной температуры воды в придонных слоях локальных углублений могут повлиять на скорость других химико-биологических процессов, происходящих там. Несмотря на ошибки модельных расчетов, выявленные в ходе верификации, модель достаточно реалистично воспроизводит термогидродинамические процессы в мелководном озере в подледный период, что позволяет рассматривать ее как рабочий инструмент в дальнейших исследованиях, но требующий усовершенствования и дополнения программного кода для устранения выявленных недостатков. В качестве вариантов усовершенствования компьютерного кода авторы видят дальнейшее развитие модуля расчета потоков тепла и соли из донных отложений, разработку параметризаций, обеспечивающих перенос тепла вдоль водного столба на подсеточном уровне.

Ключевые слова


бореальное озеро; период ледостава; 3D-модель; течения; температура воды.

Полный текст:

PDF

Литература


Голосов С.Д., Крейман К.Д. Теплообмен и термическая структура системы вода - донные отложения // Водные ресурсы. 1992. № 6. C.12-18

Зверев И.С., Здоровеннова Г.Э., Богданов С.Р., Волков С.Ю., Гавриленко Г.Г., Ефремова Т.В., Пальшин Н.И., Здоровеннов Р.Э., Голосов С.Д., Тержевик А.Ю. Моделирование течений в озере, покрытом льдом // Успехи современного естествознания. 2018. № 11-2. С. 323–327. DOI: 10.17513/use.36947

Здоровеннова Г.Э., Гавриленко Г.Г., Здоровеннов Р.Э., Маммарелла И., ., Ояла A., Хейсканен Ю., Тержевик А.Ю. Эволюция температуры водной толщи бореальных озер на фоне изменений регионального климата // Известия РГО. 2017. Т. 149, Вып. 6. С. 59–74.

Ибраев Р.А. Математическое моделирование термогидродинамических процессов в Каспийском море. // М.: Геос, 2008. 127 с.

Кондратьев С.А., Голосов С.Д., Зверев И.С., Рябченко В.А., Дворников А.Ю. Моделирование абиотических процессов в системе водосбор-водоем (на примере Чудско-Псковского озера) . СПб: Нестор , История, 2010.104 с.

Петров М.П., Тержевик А.Ю., Пальшин Н.И., Здоровеннов Р.Э., Здоровеннова Г.Э. Поглощение солнечной радиации снежно-ледовым покровом озер // Водные Ресурсы. 2005. Т. 32, № 5, С. 546–554.

Петров М.П., Тержевик А.Ю., Здоровеннов Р.Э., Здоровеннова Г.Э. Движения воды в мелководном озере, покрытом льдом // Водные ресурсы. 2007. Т.34, №2, С.131-140.

Тержевик А. Ю., Пальшин Н.И., Голосов С. Д., Здоровеннов Р. Э., Здоровеннова Г. Э., Митрохов А.В., Потахин М.С., Шипунова Е.А., Зверев И.С. Гидрофизические аспекты формирования кислородного режима мелководного озера, покрытого льдом // Водные ресурсы. 2010. Т. 37(5). С. 568–579.

Тержевик А.Ю., Голосов С.Д., Гавриленко Г.Г., Здоровеннов Р.Э., Здоровеннова Г.Э., Волков С.Ю., Пальшин Н. И., Ефремова Т.В., Богданов С.Р. Возможное влияние “необычной” весны на режим растворенного кислорода в мелководном озере в летний период // Труды КарНЦ РАН. Серия Лимнология. 2017. №10. С. 17–27. DOI: 10.17076/lim712

Falconer R.A., George D.G., Hall P. Three-dimensional numerical modelling of wind-driven circulation in a shallow homogeneous lake // J. Hydrol. 1991. V.124. P. 59–79. DOI: 10.1016/0022-1694(91)90006-4.

Fenocchi A., Sibilla S. Hydrodynamic modelling and characterisation of a shallow fluvial lake: a study on the Superior Lake of Mantua // J. Limnol. 2016. 75(3). P. 455–471 DOI: 10.4081/jlimnol.2016.1378

Kalnay E., M. Kanamitsu, R. Kistler, W. Collins, D. Deaven, L. Gandin, M. Iredell, S. Saha, G. White, J. Woollen, Y. Zhu, M. Chelliah, W. Ebisuzaki, W. Higgins, J. Janowiak, K. C. Mo, C. Ropelewski, J. Wang, A. Leetmaa, R. Reynolds, R. Jenne, .D. Joseph. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Amer. Meteor. Soc. 1996. V. 77. P. 437–470.

Kirillin G., Leppäranta M., Terzhevik A., Granin N., Bernhardt J., Engelhardt C., Efremova T., Golosov S., Palshin N., Sherstyankin P., Zdorovennova G., Zdorovennov R. Physics of seasonally ice-covered lakes: a review // Aquatic Scirnces. 2012. V. 74. P. 659–682. DOI: 10.1007/s00027-012-0279-y.

Malm J., Terzhevik A., Bengtsson L., Boyarinov P., Glinsky A., Palshin N., Petrov M. A field study of thermo- and hydrodynamics in three small Karelian lakes during winter 1994/1995. Department of Water Resources Engineering, Institute of Technology, University of Lund, Rep. 3197. 1996. Lund, 220 p.

Malm J., Terzhevik A., Bengtsson L., Boyarinov P., Glinsky A., Palshin N., Petrov M. Temperature and salt content regimes in three shallow ice-covered lakes: 1. Temperature, salt content, and density structure // Nordic Hydrol. 1997а. V. 28. P. 99–128.

Malm J., Terzhevik A., Bengtsson L., Boyarinov P., Glinsky A., Palshin N., Petrov M. Temperature and salt content regimes in three shallow ice-covered lakes: 2. Heat and mass fluxes. // Nordic Hydrol. 1997б. V. 28. P. 129–152.

Malm J., Terzhevik A., Bengtsson L., Boyarinov P., Glinsky A., Palshin N., Petrov M. A field study on currents in a shallow ice-covered lake // Limnol. Oceanogr. 1998. V. 43, P. 1669–1679.

Torma P., Wu C. H. Temperature and Circulation Dynamics in a Small and Shallow Lake: Effects of Weak Stratification and Littoral Submerged Macrophytes // Water. 2019. 11(1). P. 128. DOI: 10.3390/w11010128

Wang J., Hu H., Schwab D., Leshkevich G., Beletsky D., Hawley N., Clite A. Development of the Great Lakes Ice-circulation Model (GLIM): Application to Lake Erie in 2003–2004 // J. Great Lakes Res. 2010. V. 36. P. 425–436. doi:10.1016/j.jglr.2010.04.002

Zdorovennova G., Zdorovennov R., Palshin N., Terzhevik A. Optical properties of the ice cover on Vendyurskoe lake, Russian Karelia (1995–2012) // Ann. Glaciol. 2013. V. 54 (62). P. 121–124.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/lim1108

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019