Развитие модели SPBEM-2: анализ чувствительности модели к заданию растворенного органического вещества

Оксана Михайловна Владимирова, Татьяна Рэмовна Еремина, Алексей Владимирович Исаев, Владимир Алексеевич Рябченко, Олег Павлович Савчук, Oksana Vladimirova, Tatiana Eremina, Alexey Isaev, Vladimir Ryabchenko, Oleg Savchuk

Аннотация


Проведен анализ чувствительности 3-х мерной биогеохимической модели SPBEM-2 к включению в уравнения модели растворенного органического азота и фосфора, поступающего с речным стоком в виде переменных модели. Как показали результаты расчетов, учет фосфорной и азотной нагрузки, поступающей с речным стоком в составе лабильного растворенного органического вещества заметно отражается на пространственном распределении потока седиментации азота и фосфора, а именно, приводит к увеличению потока седиментации в приустьевых участках. Оседание на дно для детрита азота и фосфора увеличивается в 2.5 и 3 раза, соответственно, снижается величина первичной продукции, значения которой завышались при расчетах без учета уравнений для РОВ в Восточной части Финского залива. Включение в уравнения модели переменных, описывающих трансформацию РОВ позволяет отказаться от искусственного завышения скорости оседания детрита и использовать в модели  значения, сопоставимые с наблюдаемыми.


Ключевые слова


Балтийское море; моделирование; эвтрофикация; биогенные соединения; органическое вещество, речные нагрузки

Полный текст:

PDF

Литература


Владимирова О.М. Вклад растворенного органического вещества в баланс азота и фосфора в Финском заливе на основе математического моделирования: Дисс. …канд.геогр.наук. Санкт-Петербург, 2019. 197 с.

Almroth E. A North Sea and Baltic Sea Model Ensemble Eutrophication Assessment // E. Almroth, M. D. Skogen.– AMBIO: A Journal of the Human Environment. 2010. V. 39(1). P.59 – 69.

Berezina N.A., Maximov A.A., Vladimirova O.M. Influence of benthic invertebrates on phosphorus flux at the sediment−water interface in the easternmost Baltic Sea // Marine ecology progress series. 2019. Vol. 608:33-43.

Blomqvist.S..Heiskanen. A.-S.. The challenge of sedimentation in the Baltic Sea. In:F. Wulff. L. Rahm. P. Larsson (Eds.). A Systems Analysis of the Baltic Sea. Springer-Verlag. Berlin. Heidelberg. 2001. pp. 211-227.

Conley D.J., Stockenberg A., Carman R., Johnstone R.W., Rahm L., Wulff F. Sediment-water nutrient fluxes in the Gulf of Finland, Baltic Sea //Estuar Coast Mar Sci. 1997.V. 45: 591−598

Data Assimilation System and Baltic Environment Database at the Baltic Nest Institute, Stockholm University. http://nest.su.se/das (accessed on 5 Apr 2018).

Eilola, K., Meier, H. E. M., & Almroth, E.. On the dynamics of oxygen, phosphorus and cyanobacteria in the Baltic Sea; A model study. Journal of Marine Systems, 2009. 75(1–2), 163–184. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.08.009

Gaspar, P., Gregoris, Y., Lefevre, J.-M. A simple eddy kinetic energy model for simulations of the oceanic vertical mixing: Tests at station Papa and long-term upper ocean study site // Journal of Geophysical Research 1990. 95-C9. P. 179-193

Gustafsson B. G. A time-dependent coupled-basin model of the Baltic Sea, Earth Sciences Centre, Goteborg University C47, 2003, pp. 61.

HELCOM. The fourth Baltic Sea pollution load compilation (PLC-4).// Baltic Sea Environ. Proc. 2004. V. 93. P. 189

Hibler , W. D., III.. Modeling a Variable Thickness Sea Ice Cover, Monthly Weather Review, 1980. 108(12), 1943-1973. DOI: 10.1175/1520-0493(1980)108<1943:MAVTSI>2.0.CO;2

Isaev A., Vladimirova O., Eremina T., Ryabchenko V., Savchuk O. Accounting for dissolved organic nutrients in an SPBEM-2 model: Validation and verification // Water (Switzerland). 2020. Vol. 12 I. 5 Art. 1307. DOI: 10.3390/W12051307

Killworth, P.D., Stainforth, D., Webb, D.J., Paterson, S.M.. The development of a free-surface Brian–Cox–Semtner ocean model. J. of Phys. Oceanography 1991. 21 (9), 1333–1348

Lehtoranta, J. Sediment accumulation of nutrients (N, P) in the Eastern Gulf of Finland (Baltic sea)/ J. Lehtoranta, H. Pitkanen, O. Sandman.// Water, Air, and Soil Pollut. 1997. V.99, No 1–4. pp. 477 – 486.

Lukkari K.. Chemical characteristics and behaviour of sediment phosphorus in the northeastern Baltic Sea// Finn Inst Mar Res Contrib. 2008. 17: 1−64 pp

Meier, H.E.M., Edman, M.K., Eilola, K.J., Placke, M., Neumann, T., Andersson, H.C., Brunnabend, S.-E., Dieterich, C., Frauen, C., Friendland, R., Gröger, M., Gustafsson, B.G., Gustafsson, E., Isaev, A., Kniebusch, M., Kuznetsov, I., Müller-Karulis, B., Omstedt, A., Ryabchenko, V., Saraiva, S., Savchuk, O.P. Assessment of eutrophication abatement scenarios for the Baltic Sea by multi-model ensemble simulations // Front. Mar. Sci. 2018. 5:440. doi: 10.3389/fmars.2018.00440

Neelov I.A., Eremina T.R., Isaev A.V., Ryabchenco V.A., Savchuk O.P., Vankevich R.E.. A simulation ot the Gulf of Finland ecosystem with a 3D model. Proceedings of the Estonian Aced.Sci.Biol.Ecol., 2003. 52, 346-359

Norkko J., Gammal J., Hewitt J.E., Josefson A.B., Carstensen J., Norkko A. Seafloor ecosystem function relation ships: in situ patterns of change across gradients of increasing hypoxic stress//. Ecosystems. 2015. V. 18: 1424−1439

Pacanowski R. C., Dixon K., and Rosati A.. The GFDL Modular Ocean Model Users Guide, version 1.0 GFDL Ocean Group, Technical Report No. 2, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Princeton, New Jersey, USA 1993.

Pitkänen H, Lehtoranta J, Räike A. Internal nutrient fluxes counteract decreases in external load: the case of the estuarial eastern Gulf of Finland, Baltic Sea. Ambio. 2001. 30: 195-201.

Sarthou, G., Timmermans, K.R., Blaina, S., Tréguer, P.. Growth physiology and fate of diatoms in the ocean: a review.// J. Sea Res. 2001. 53: 25-42.

Savchuk O., Wulff F. Biogeochemical trans-formations of nitrogen and phosphorus in the marine environment – Coupling hydrodynamic and biogeochemical processes in models for the Baltic Proper [Текст] / Stockholm University.– Systems ecology contributions. – 1996.– № 2.– 79 p.

Savchuk O.P. Nutrient biogeochemical cycles in the Gulf of Riga: scaling up field studies with a mathematical model // J. Mar. Sys. 2002. 32. P. 235–280.

Savchuk, O. P., Wulff, F.. Long-term modeling of large-scale nutrient cycles in the entire Baltic Sea. Hydrobiologia 2009. 629, 209–224. doi: 10.1007/s10750-009-9775-z

Savchuk, O.. A model of the biogeochemical cycles of nitrogen and phosphorus in the Baltic / O.P. Savchuk, F. Wulff. // A Systems Analysis of the Baltic Sea / Wulff, F., Rahm, L., Larsson, P.(ed)/– Ecological Studies 14 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.2001.pp. 373-416.

The Gulf of Finland assessment / Editors: Mika Raateoja and OutiSetälä. Reports of the Finnish Environment Institute 27. Finnish Environment Institute. 2016. 363 pp.

Vladimirova, O.M., Eremina, T.R., Isaev, A.V., Ryabchenko, V.A., Savchuk, O.P. Modelling dissolved organic nutrients in the Gulf of Finland. //Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2018. V. 11, No 4, 2018.

Zhang J., and Hibler W.D., III. On an efficient numerical method for modeling sea ice dynamics // J. Geophys. Res. 1997.102(C4) P. 8691–8702




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/lim1350

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019