Экология СПРАВОЧНИК

Ладога — крупнейшее озеро Европы; несмотря на свое довольно северное положение, может служить примером большого стратифицированного озера умеренной зоны. Это в равной мере относится и к Онежскому озеру, и к Великим Американским озерам, а также озерам Северной и Центральной Европы — Венерн, Веттерн, Женевскому, Боденскому, Цюрихскому и Лаго-Маджоре. Гидрофизические, гидрохимические и биологические процессы всех этих водоемов имеют больше общих закономерностей, чем частных различий. Ладожское озеро изучалось на протяжении более 100 лет — как до возникновения заметного влияния хозяйственной деятельности человека, так и в период катастрофической трансформации экосистемы в результате возросшего антропогенного пресса. Поэтому авторы предлагаемой монографии считают, что математические модели, созданные и апробированные на Ладожским озере, содержат постановки задач и алгоритмы, пригодные для моделирования экосистемных процессов и в других больших глубоких озерах умеренных широт.

Далее

С наступлением осеннего охлаждения воды в прибрежных районах устанавливается осенняя горизонтальная термическая неоднородность. Эта фаза характеризуется возникновением термобара, интенсивным охлаждением воды в прибрежных мелководьях, образованием ледостава и сохранением на длительное время (до декабря—января) в глубоководных частях озера воды с температурой порядка +4 °С. Сплошной ледовый покров на озере образуется только в холодные зимы. Над самыми глубокими районами лед устанавливается на короткий промежуток времени — 10—15 дней. В теплые зимы глубоководная часть озера льдом не покрывается. Ледовый покров разрушается в апреле—мае (Тихомиров, 1982).

Далее

Процессом, под влиянием которого трансформируется в течение почти сорока последних лет экосистема Ладожского озера, является антропогенное эвтрофирование. Инициирующую роль в эволюции экосистемы сыграло изменение содержания фосфора в озерной воде. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, играет важную роль в записи генетической информации, в синтезе белка, в процессах хранения и передачи энергии и во многих других процессах, необходимых для жизни растений и животных. Природные поверхностные воды умеренной зоны северного полушария бедны фосфором вследствие специфики гидрохимических процессов в условиях повышенной увлажненности. Из трех основных компонентов, необходимых для построения живого вещества авто-трофных организмов (первичной продукции), — фосфора, азота и углерода — озерная экосистема строго лимитирована только в отношении фосфора, поступление которого в водоем связано исключительно с водным притоком (речным, грунтовым, атмосферными осадками). Нехватка азота и углерода в воде (Schindler, 1974) компенсируется за счет поступления этих элементов из атмосферы в процессе газообмена (углерод) или фиксации азота водорослями.

Далее

В больших озерах с преобладанием пелагиали над литоралью, к которым относится Ладожское озеро, основным продуцентом автохтонного органического вещества является сообщество планктонных водорослей — фитопланктон. Это первый элемент биоты, откликающийся на изменение концентрации биогенных элементов в воде озера. Зависимость состава и интенсивности развития фитопланктона от абиотических факторов водной среды (температуры, освещенности, условий перемешивания и т. д.) и положение первичного продуцента в трофической цепи озера определяют его центральную роль в экосистеме Основным механизмом трансформации экосистемы озера как в условиях естественной эволюции, так и при антропогенном эвтрофировании служит сукцессия (направленная смена) видового состава гидробионтов всех трофических уровней, в первую очередь фитопланктона.

Далее

Для оценки роли зоопланктона в функционировании экосистемы наиболее важны различия способов питания зоопланктеров. По типу питания организмы зоопланктона делятся на две принципиально различающиеся группы: фильтраторов, питающихся фитопланктоном и частичками детрита с обитающими на них бактериями, и хищников. Часть видов на разных возрастных стадиях меняет тип питания: молодые особи являются фильтраторами, а взрослые — хищниками. Фильтраторы в значительно большей степени зависят от продуктивности фитопланктона (первичной продукции) и его состава, хищники — в меньшей и более опосредованно. Показателями, характеризующими роль зоопланктеров в экосистем-ных процессах, являются скорость питания (рацион) и объем профильтрованной воды, соответствующий потребленному количеству пищи при данной ее концентрации. Ограничивающим фактором является избирательность питания, связанная чаще всего с размерными характеристиками зоопланктеров и их пищевых объектов. Наиболее доступна для зоопланктеров размерная фракция частиц 20—40мкм (Гутельмахер, 1988). Сопоставление рационов фильтраторов с первичной продукцией водоема позволяет оценить долю последней, поступающую в пищевую цепь водоема. Доля первичной продукции, потребляемой зоопланктоном, обратно пропорциональна первичной продуктивности водоема. Она близка к 40 % в олиготрофных водоемах и снижается до 8—4 % в эвтрофных или эвтрофирующихся водоемах. По данным Б. Л. Гутельмахе-ра (1988), зоопланктон Ладожского озера в период исследований 1977—1988 гг. в разных лимнических зонах потреблял от 3.9 до 22 % первичной продукции. Весной в прибрежной области рацион фильтраторов составлял 70 мг С/м2 • сут, а в глубоководных зонах, где развитие как фито-, так и зоопланктона замедленно, эта величина не превышала 8—20 мг С/м2 • сут. Летом рационы фильтраторов были максимальными и близкими по всей акватории (222—494 мг С/м2 • сут), так как фитопланктон в эпилимнионе в этот период достаточно однороден. Осенью, наоборот, потребление зоопланктерами первичной продукции было меньшим в прибрежной и деклинальной зонах (10—20 мг С/м2 • сут) и большим (63 мг С/м2 ■ сут) в профундальной.

Далее

Бентические животные обитают на поверхности или в верхнем слое озерных донных отложений. Среди них есть как мирные, так и хищные организмы. Мирный зообентос питается преимущественно детритом или мелкими иловыми частицами донных отложений. Наиболее богата бентофауна мелководных участков водоема, что связано с разнообразием грунтов, лучшим прогревом водной массы, обилием фитопланктона, после отмирания которого образуется богатый органическим веществом детрит. Бедность бентических сообществ в центральных глубоководных районах акваторий больших озер помимо однообразия грунтов определяется еще двумя важными факторами. Детрит, формирующийся в эпилимнионе по мере отмирания фитопланктона, в значительной мере здесь же минерализуется бактерио- и зоопланктоном в период летней стратификации озера и попадает в гиполимнйон и на дно обедненным органическим веществом, необходимым для бентических животных. Помимо этого, личинки насекомых (хирономиды) не могут обитать в глубоких и удаленных от берега участках озерного дна, так как им нужны благоприятные условия для вылета взрослых стадий насекомых Именно поэтому на глубинах, больших 100 м, преобладают олигохеты.

Далее

Озера представляют собой накапливающий элемент ландшафтов. Наиболее распространенный и вместе с тем наиболее сложный тип озерного накопления — накопление органического вещества. Все, что приносится в водоем с водосбОрнйго бассейна, так же как и продукты жизнедеятельности озерных организмов, пройдя длительный путь трансформации в экосистемных процессах, в конце концов концентрируется либо в сложных комплексах растворенного органического вещества водной толщи озера, либо в озерных Донных отложениях. Однако если донные отложения являются местом окончательной или, по крайней мере, достаточно длительной консервации веществ, то пул растворенного органического вещества представляет собой буферную систему, способную как концентрировать различные компоненты, так и возвращать их в определенных ситуациях в озерный круговорот. Таким образом, растворенное органическое вещество осуществляет один из основных механизмов саморегуляции озерной экосистемы и служит наиболее важным элементом, поддерживающим ее стабильность.

Далее

Большая часть озер земного шара, в том числе и крупнейших, расположена в умеренном поясе северного полушария. Особенность геохимических процессов основных ландшафтов этой географической зоны проявляется в том, что фосфор в природных водах содержится в малых количествах и, как правило, является одним из основных факторов, лимитирующих развитие автотрофных (фотосинтезирующих) организмов. Определяющая роль фосфора в эвтрофировании глубоких озер умеренного пояса северного полушария, образовавшихся в послеледниковое время и сохранявших олиготрофное состояние до начала интенсивного антропогенного воздействия, может считаться доказанной (Уо11еп уе1с1ег, Кегекев, 1980). Все основные зависимости между фосфорной нагрузкой и откликом озерной экосистемы, обсуждающиеся в мировой литературе, получены для этого типа озер.

Далее

Моделирование течений и термического режима водоема всегда, явно или неявно, предполагает, что исследователи ставят перед собой задачу воспроизведения явлений того или иного пространственного и временного масштабов. Выбор масштаба зависит от того, для каких целей проводится исследование, каковы на этот момент возможности данной области знаний в описании интересующих проблем и, наконец, какими возможностями располагают исследователи. Постараемся, хотя и очень кратко, ответить на затронутые вопросы.

Далее

Отсюда следует, что для озер нецелесообразно откидывать члены, описывающие горизонтальную турбулентную диффузию тепла, так как различия не слишком велики. Поэтому в модели климатической циркуляции уравнение (2.2.5) используется без искажений.

Далее

Для построения дискретной (численной) модели, аппроксимирующей исходную математическую модель, авторы переходят к обобщенной формулировке исходной модели в виде эквивалентных интегральных тождеств. Этот подход достаточно тра-диционен. Он восходит к работам Р. Куранта, К. О. Фридрихса и Г. Леви (1940), О. А. Ладыженской (1953). Для уравнений геофизической гидродинамики этот подход использовался в работах В. В. Пененко (1981), Г. П. Астраханцева и Л. А. Руховца (1985, 1986) и др.

Далее

В этом разделе строится дискретная модель для воспроизведения климатической циркуляции больших стратифицированных озер как аппроксимация сформулированной в предыдущем разделе математической модели.Создание дискретных моделей обычно начинается с декомпозиции математической модели на отдельные блоки, такие, например, как уравнения движения, уравнение распространения тепла и др. Возможности доступных компьютеров (даже достаточно мощных), тем более персональных, позволяют решать задачи лишь на сетках, для которых, строго говоря, не всегда можно утверждать, что дискретные модели адекватно в полной мере воспроизводят поведение математических моделей. Поэтому особенно важно требовать от дискретных моделей правильного воспроизведения основных качественных и количественных свойств. Как отмечали многие авторы, при создании дискретных моделей желательно добиваться того, чтобы: между блоками дискретной модели выполнялись те же основные соотношения, что и между блоками математической модели; для дискретной модели выполнялись законы (сохранения) изменения, являющиеся дискретными аналогами законов сохранения математической модели, причем они должны выполняться точно, а не с точностью до аппроксимации.

Далее

Разностную схему получим из сумматорного тождества, аппроксимирующего интегральное тождество (2.4.1).Чтобы построить сумматорное тождество, каждый член (2.4.1) аппроксимируем отдельно. Представим интегралы по области П в виде суммы интегралов по ячейкам сетки. Интегралы по ячейкам сетки аппроксимируем по простейшим квадратурным формулам.

Далее

Здесь следует пояснить, что конструкция сеточного аналога (2.5.20) для нас уже определена тем, что построена аппроксимация уравнения неразрывности (2.3.3) — система сеточных уравнений (2.5.14). Поэтому аппроксимация уравнений (2.3.1), (2.3.2) должна быть согласована с аппроксимацией (2.5.20).

Далее

Выше нами было дано определение понятия «климатическая циркуляция» для больших стратифицированных озер. Остановимся кратко на характеристике климатической циркуляции Ладожского озера по данным наблюдений и эмпирических расчетов (Гидрологический режим..., 1966; Тепловой режим..., 1968; Тихомиров, 1982; Филатов, 1983, 1991).

Далее

Эти элементарные рассуждения показывают, что временной интервал для выхода на периодический режим величины Тп с разумной точностью определяется временем замены воды в озере. Если учесть, что объем Ладожского озера равен около 908 км3, а годовой сток р. Невы «78 км3, то время замены воды в Ладоге равно приблизительно 12 годам.

Далее

В качестве информации о внешних воздействиях при моделировании задавались средние многолетние среднемесячные значения всех требуемых величин, которые считались отнесенными к середине каждого месяца. Значения в произвольный момент времени определялись с помощью линейной интерполяции.

Далее

Организация вычислений. Для реализации дискретной модели было создано программное обеспечение для персонального компьютера, рассчитанное на произвольный водоем. Оно представляет собой программный комплекс, в состав которого входят: отдельные модули, реализующие определение на шаге по времени трехмерных полей температуры, скоростей течений и двумерного поля уровенной поверхности; управляющая программа, а также программы обработки результатов и их визуализации.

Далее

В данном и следующем разделах представлены результаты расчетов периодического решения задачи (2.3.1)—(2.3.13), воспроизводящего крупномасштабную климатическую циркуляцию Ладожского озера. Здесь же дается описание других вычислительных экспериментов, связанных с моделированием турбулентности, процесса ледообразования, с изменением параметризации придонного трения, с выявлением влияния рельефа дна и бароклинности, с дроблением сетки для проверки точности вычислений. В основном здесь представлены результаты расчетов по дискретной модели, сформулированной в разделе 2.5. Кроме них мы будем использовать результаты расчетов из работ Г. П. Астраханцева и др. (1987, 1988а).

Далее

Как известно, во всех крупных озерах северного полушария значительную часть года весь ансамбль движений вод протекает на фоне общего циклонического круговорота водной массы. Принципиальная схема интегральной циркуляции Ладожского озера для различных сезонов при открытой воде представлена в монографии Н. Н. Филатова (1991, с. 154). Эта принципиальная схема в значительной степени подтверждается расчетами функции тока (Астраханцев и др., 1988а), также опубликованными (Невская губа..., 1997). Несмотря на то что линии уровня функции тока имеют достаточно сложную структуру (Руховец, 1990), почти для всех моментов времени можно выделить не более двух основных циркуляционных ячеек: либо одну циклоническую, либо две — одну циклоническую, другую антициклоническую.

Далее

Несмотря на известные недостатки двумерных моделей, они могут оказаться полезными для оценочных расчетов или в ситуациях, когда необходимо рассмотреть много вариантов. Еще одна причина, по которой мы приводим здесь двумерную модель, связана с тем, что полезно иметь модель, согласованную с трехмерной моделью гидродинамики водоема.

Далее

Остановимся на примерах использования предложенных дискретных моделей распространения примеси.В результате расчетов за три года средняя концентрация «старой» воды в водоеме снизилась на 20.8 %, причем за первый год — на 7 %, за второй — на 7.3, за третий — на 6.5 %. При отсутствии перемешивания снижение концентрации за три года равнялось бы 24.9%, так что построенное решение запаздывает.

Далее

В этой связи мы рассмотрим только одну задачу, связанную с разливом нефти, — задачу о переносе пятна нефтяного загрязнения по поверхности озера.Формулировка модели. Ввиду того что модель предполагается использовать для озер, их размеры позволяют не учитывать кривизну Земли и считать невозмущенную поверхность водоемов плоской. Пусть плоскость XOY декартовой системы координат совмещена с невозмущенной поверхностью водоема.

Далее

Традиционный путь построения математических моделей процессов и явлений в неживой природе, как правило, состоит в формулировании в виде систем дифференциальных уравнений физических законов, составляющих основу изучаемых процессов и явлений. В полной мере это относится к математическим моделям геофизической гидродинамики.

Далее

Это краевое условие ставится в тех случаях, когда достоверная информация об (А,)г отсутствует. Такое краевое условие не всегда корректно. При реализации в дискретных моделях предусмотрен вариант использования условия (5.2.11).

Далее

В данном разделе сначала в (5.3.1—5.3.5) строится дискретная модель экосистемы для того же самого разбиения области, что и в гл. 2 для модели гидротермодинамики водоема. Далее, в разделе 5.3.6, предлагаются алгоритмы автоматического агрегирова-ния (укрупнения) разбиения области и агрегирования гидродинамической информации. При этом важно подчеркнуть, что укрупненная дискретная модель представляет собой систему точно таких же разностных уравнений, что и исходная модель. При этом для ее реализации на компьютере используются те же самые алгоритмы и программы, что и для исходной модели.

Далее

Остальные члены в (5.3.2) аппроксимируют вертикальную адвекцию, вертикальную турбулентную диффузию при учете в приграничных ячейках краевых условий (5.2.6), (5.2.7).

Далее

В заключение этого раздела отметим, что справедливость равенств (5.3.5) обеспечивается справедливостью равенств (5.2.5) и (5.3.1). Последнее равенство является прямым следствием уравнения неразрывности (2.5.14) из дискретной модели (см. гл. 2). Этим самым выполнение законов сохранения для дискретных моделей экосистем является следствием требований, сформулированных в виде равенств (5.2.5), и согласованности дискретных моделей экосистем с дискретными моделями гидротермодинамики, для котоых имеет место дискретный аналог закона сохранения массы воды.

Далее

Опишем процесс построения укрупненных разбиений на основе исходного разбиения. Укрупнение разбиения соответствует укрупнению шагов исходной прямоугольной сетки. Правда, при этом ячейками служат объединения ячеек исходной сетки, которые у границ области £2 могут не образовывать параллелепипедов. Однако это не усложняет алгоритмы реализации.

Далее

Важным шагом в исследовании динамики экосистемы Ладожского озера стала модель сукцессии фитопланктонного сообщества Волховской губы озера, созданная В. В. Меншуткиным и О. Н. Воробьевой (1989). В этой модели фитопланктон представлен восемью отдельными комплексами. Выедание фитопланктона зоопланктоном не учитывалось. Несмотря на значительную схематизацию процессов, с помощью модели удалось воспроизвести динамику развития различных комплексов фитопланктона в соответствии с уровнем обеспеченности фосфором и изменением температурного режима. Эта модель явилась первым приближением к воспроизведению сукцессии фитопланктона в Ладожском озере.

Далее

А, зоопланктона Z, полями концентраций фосфора DP и азота DN в детрите и бактериопланктоне, а также концентрацией растворенного в воде кислорода ОХ.О. Н. Воробьевой (1987), не учитывается суточный ход изменения биотических и абиотических параметров экосистемы. Учет суточного хода требует задания суточного хода всех внешних воздействий на водоем. Чтобы учесть суточный ход для большинства внешних воздействий, данных недостаточно. Отметим, что во всех моделях, представленных в монографии, не учитывается суточный ход в функционировании экосистемы водоема.

Далее

Введение зависимости скорости продуцирования от температуры (Меншуткин, 1993) требует осторожности, так как на изменение температуры воды фитопланктонное сообщество реагирует обычно не снижением продукции, а изменением своего видового состава — теплолюбивые формы сменяются холодолюбивыми и наоборот. Это замечание важно для понимания факторов, влияющих на сукцессию фитопланктона. Далее мы вспомним это замечание.

Далее

Предлагаемая модель (Menshutkin et al., 1998), как и всякая другая, представляет собой определенное упрощение и схематизацию оригинала. Надо всегда отдавать себе ясный отчет в степени таких упрощений, так как это крайне важно при интерпретации результатов моделирования.

Далее

Состояние экосистемы для всех моментов времени описывается трехмерными полями концентраций перечисленных выше параметров, для которых используются следующие обозначения: А1, А2, A3 — три группы фитопланктона, Z — зоопланктон, DP — фосфор в детрите, Р — растворенный минеральный фосфор, DOP — фосфор, содержащийся в растворенном в воде органическом веществе, ОХ — растворенный в воде кислород.

Далее

Дискретная модель для реализации сформулированной математической модели, за исключением биотического блока, уже построена в разделе 5.3. Построение биотического блока модели состоит в конкретизации уравнений (5.3.3).

Далее

Верификация модели производилась по данным наблюдений за Ладожским озером в период 1984—1990 гг. (Ладожское озеро..., 1992).Для расчетов использовалась климатическая циркуляция Ладожского озера, построенная в разделе 3.4. Фосфорная нагрузка на водоем в наших расчетах была взята равной 6100тР/год — среднему значению годовых поступлений в период 1984—1990 гг. (рис. 2). В нагрузке учитывалось поступление фосфора в озеро с речным притоком, атмосферными осадками, из выпусков сточных вод промышленных предприятий, ЦБК, животноводческих комплексов, очистных сооружений населенных пунктов. При этом считаюсь, что нагрузка состоит из растворенного в воде минерального фосфора, детрита и растворенного в воде органического вещества.

Далее

Воспроизведение эволюции озера с 1962 г. по настоящее время, точнее, до 2000 г., является интересной и важной задачей, тем более что такие расчеты можно рассматривать как использование модели для «прогнозирования» настоящего из прошлого при уже известном сценарии развития внешних воздействий на водоем. Следовательно, такие расчеты можно рассматривать как проверку возможностей модели по прогнозированию изменений в экосистеме при различных сценариях развития экономической деятельности в бассейне озера и с учетом возможного изменения погодных условий.

Далее

Резко возросшее в начале 60-х годов поступление фосфора нарушило процесс естественного старения водоема, выражающийся в том числе в накоплении в донных отложениях биогенов.Отметим, что через границу раздела вода—дно происходит обмен веществом, при этом существуют два противоположных по направлению потока. Первый поток — из воды за счет седиментации мертвого органического вещества (детрита) и взвешенных неорганических частиц, на которых сорбируется минеральный фосфор; второй поток — вынос соединений фосфора из донных отложений в воду за счет диффузии и конвективного переноса.

Далее

Разделение зоопланктона на две большие группы вызвано тем, что качественно правильное воспроизведение трофического взаимодействия между зоопланктоном и фитопланктоном, между рыбами и зоопланктоном невозможно без такого разделения. Кроме того, подобное разделение может уточнить воспроизведение самого зоопланктона в модели.

Далее

Состояние экосистемы для всех моментов времени в данной модели описывается теми же переменными, что и в п. 7.1.2, кроме того, что вместо зоопланктона Z в состав переменных включена концентрация сырой биомассы (в мг/л) мирного или фильтрующего зоопланктона Zf и хищного зоопланктона Zp.

Далее

Как и в п. 7.1.3, для представления дискретной модели достаточно выписать только биотический блок. Это придется сделать довольно подробно, так как, несмотря на не очень значительные изменения, они касаются практически всех уравнений.

Далее

Для верификации модели были проведены вычислительные эксперименты при фосфорной нагрузке 6100 тР/год. Как и в разделе 6.3, учитывалось поступление фосфора с речным притоком, с атмосферными осадками, от ЦБК и т. д. Основной вычислительный эксперимент состоял в построении периодического решения при указанных внешних воздействиях.

Далее

В принципе сукцессию фитопланктона тоже можно интерпретировать как конкуренцию за общий ресурс. Цель данной работы — воспроизвести сукцессию реального сообщества водорослей Ладожского озера в условиях роста антропогенной нагрузки, которая в модели ассоциируется с фосфорной нагрузкой.

Далее

Экологическая структура модели. Разделение фитопланктона на три экологические группы в разделе 7.1 позволило, во-первых, более точно, чем в предыдущей модели (гл. 6), рассчитать изменение биомассы фитопланктона и, во-вторых, адекватно воспроизвести сезонную смену видов. Однако учет особенностей экологии только трех групп водорослей недостаточен для воспроизведения сукцессии — закономерной смены состава доминирующих форм водорослей по мере развития процесса эвтрофирования (Петрова, 1990). Необходимо более детальное описание планктонного сообщества.

Далее

Как и в разделе 7.2, остановимся только на отличиях от соответствующих членов в (7.1.15)—(7.1.22).Фитопланктон. Все члены в уравнениях (7.3.17)—(7.3.25) определяются аналогично соответствующим членам в (7.1.15)—(7.1.17).

Далее

Прежде всего отметим, что для верификации модели здесь используются те же данные наблюдений за Ладожским озером, что и для верификации базовой модели в разделе 7.1.Важным этапом верификации новой модели здесь, как и в разделе 7.1, является вычислительный эксперимент по воспроизведению эволюции экосистемы водоема в период 1962—2000 гг. при изменяющейся фосфорной нагрузке (рис. 2). На рис. 53 представлен годовой ход динамики суммарной сырой биомассы фитопланктона в эпилимнионе для ряда лет из рассматриваемого периода. Сопоставление результатов моделирования для новой и базовой моделей (рис. 41), показывает, что соотношение между результатами в «эволюционном» эксперименте такое же, как и для эксперимента, в котором строились периодические решения (при фосфорной нагрузке 6100 тР/год).

Далее

В этом разделе мы рассмотрим результаты «эволюционного» вычислительного эксперимента более детально, с точки зрения воспроизведения сукцессии. Напомним, что фосфорная нагрузка на водоем в ходе вычислений менялась согласно данным наблюдений (рис. 2) и использовалась описанная в разделе 3.6 климатическая циркуляция. Заметим, что данных наблюдений за фитопланктоном Ладожского озера для верификации результатов моделирования сукцессии оказалось недостаточно. Дело в том, что в течение вегетационного периода из года в год имеется не более одной съемки за сезон. Тем не менее именно количественные оценки позволяют достоверно установить соответствие результатов моделирования данным наблюдений. Для озера в целом, точнее, для эпи-лимниона в целом, сравнить результаты моделирования фитопланктона оказалось невозможным. Однако это удалось сделать для истока р. Невы. В статье Н. А. Петровой (1996) представлены результаты ежесуточных наблюдений за фитопланктоном в течение четырех лет — 1981, 1982, 1987 и 1988. Для каждого из комплексов фитопланктона (PhJ, J = 1, 2,..., 9) на рис. 54—63 представлены в логарифмической шкале результаты моделирования и данные наблюдений в истоке р. Невы — годовая динамика сырой биомассы как суммарного фитопланктона (рис. 54), так и отдельных комплексов (рис. 55—63). Следует отметить, что обеспеченность данными для различных комплексов разная. Больше всего данных оказалось для суммарного фитопланктона. Анализ их показывает, что результаты моделирования довольно заметно отличаются от данных наблюдений; тем не менее максимальные значения в основном воспроизведены с удовлетворительной точностью, так же как и моменты времени их достижения. С существенно меньшей точностью воспроизводятся минимальные значения концентраций фитопланктона, однако это и не столь важно, так как в оценке или прогнозировании развития фитопланктона при антропогенном эвтро-фировании важно как раз не ошибиться в определении верхней границы продуктивности водоема.

Далее

Таким образом, включение в состав модели бентоса весьма важно как с точки зрения уточнения описания круговорота фосфора, так и с точки зрения развития моделирования самих бентических сообществ.В. В. Меншуткин (1993) создал двухбоксовую (эпилимнион и гиполимнион) модель экосистемы озера, включающую подмодель бентоса. В данном разделе на базе подмодели бентоса В. В. Мен-шуткина и базовой модели экосистемы Ладожского озера из раздела 7.1 строится новая модель, содержащая подмодель бентоса (Астраханцев и др., 2003). Поскольку нас интересует только воспроизведение роли бентоса во внутриводоемном круговороте фосфора, то в первом приближении бентос в новой модели представлен без разделения на видовые популяции, в виде единой обобщенной биомассы, распределенной по дну водоема. Без разделения на видовые популяции представлен бентос и в модели Невской губы (Умнов, 1996).

Далее

Как уже отмечалось, зообентос в разработанной авторами модели представлен в виде единой обобщенной биомассы. Прирост биомассы бентоса в модели связан с потреблением детрита, поступающего на дно водоема; при этом интенсивность потребления определяется температурными условиями. В модели не учитывается передвижение зообентоса по дну водоема. Убыль биомассы бентоса регулируется естественной смертностью, а также потреблением его рыбами-бентофагами. В модели учитывается возможный рост смертности зообентоса за счет снижения концентрации растворенного в воде кислорода у дна водоема, хотя весьма вероятно, что для Ладожского озера этот механизм роста смертности «работать» не будет, так как снижение концентрации растворенного в воде кислорода пока еще незначительно. На первом этапе моделирования зообентоса модель ихтиоценоза для учета пищевых потребностей рыб-бентофагов не привлекается, так как это сильно усложнит настройку модели при ее реализации.

Далее

Как и в моделях, описанных в разделах 7.1—7.3, здесь достаточно представить только биотический блок модели.Прежде всего следует отметить, что основу новой модели составляет базовая модель из раздела 7.1. Это позволяет нам ограничиться разъяснениями только тех членов в уравнениях, которые связаны с включением в модель зообентоса.

Далее

Прежде всего отметим, что представленная здесь модель с зообентосом реализована с использованием гидродинамической информации (Астраханцев и др., 1987, 1988) на неравномерной по горизонтали сетке с числом дроблений 18 X 17.

Далее

Иерархическая структура моделей экосистемы в предыдущих главах представлялась либо двумя, как в базовой модели (раздел 7.1), либо тремя (раздел 7.2) трофическими уровнями. Реально же в водоеме имеется четыре трофических уровня: 1-й — фитопланктон; 2-й — фильтрующий, или мирный, зоопланктон; 3-й — хищный зоопланктон; 4-й — рыбы. В данной главе представлена модель сообщества рыб Ладожского озера, никак алгоритмически не связанная с остальными моделями. В настоящее время связь этой модели с другими моделями возможна только на уровне обмена информацией о кормовой базе рыбного сообщества и об уровне потребления рыбным сообществом фито- и зоопланктона.

Далее

Основная идея построения модели ихтиоценоза заключается в разделении описания трофических, популяционных и промысловых процессов. В трофической сети ихтиоценоза элементом является трофическая группа (фитофаг, детритофаг, мелкий и крупный планктофаг, мелкий и крупный бентофаг, мелкий и крупный хищник). В структуре популяции элементом служит возрастная и половая группа, а при промысловом воздействии решающую роль играет размер рыбы, попадающей в те или иные орудия лова. Конечно, принятое разделение представляет собой определенную абстракцию, так как при трофическом взаимодействии рыб между собой и с кормовой базой видовые особенности играют существенную роль, но в первом приближении этим можно пренебречь и объединить, например, в одну трофическую группу крупных щук и судаков в возрасте свыше 6—8 лет. Трофическая структура сообщества рыб в Ладожском озере приведена на рис. 74.

Далее

Рассмотрим некоторые характерные особенности сообщества рыб Ладожского озера при помощи исследования модели этой сложной системы.Первый (основной) вариант (табл. 8.3.1) более или менее соответствует состоянию сообщества в 80-х годах, когда вылов судака ограничивался и запасы его начали медленно восстанавливаться. Более точная подгонка состояния сообщества к официальным данным о вылове рыбы вполне возможна, но не имеет большого смысла не только из-за значительной доли браконьерского лова, но и ввиду большого числа неопределенных коэффициентов (характеристики кормовой базы, нерестилищ, интенсивностей промысла по отдельным видам рыб). Более того, для такого крупного водоема, как Ладожское озеро, модель, не учитывающая сезонных нагульных и нерестовых миграций рыб, не может являться основой для окончательного суждения о состоянии сообщества рыб и рекомендаций по рациональному ведению промысла. Заметим, что основной вариант является устойчивым во времени с продолжительностью переходного процесса 20—25 лет (из биологически осмысленного начального состояния).

Далее

Позиция меню Initial State соответствует введению в модель начального состояния сообщества. Это состояние характеризуется убыванием численности рыб в возрастных группах с ростом возраста при постоянном коэффициенте смертности.

Далее

Процедура Model Ladoga Fish Community (), которая срабатывает при нажатии на клавишу Run Model, определяет кормовые коэффициенты для каждой трофической группы рыб при определении пищевых потребностей. Под кормовым коэффициентом в данном случае понимается отношение потребленного рыбой корма за год к ее годовому приросту. После этого процедура проходит заданное число временных шагов (лет), обращаясь к процедурам FISHING, TROPHREL и POPUL для описания процессов рыболовства, питания, смертности, размножения и роста рыб в Ладожском озере.

Далее

Изменение хозяйственного механизма в стране совпало по времени с резким ухудшением состояния природной среды, в том числе поверхностных вод. Оба этих обстоятельства привели к осознанию обществом необходимости нового отношения к своей среде обитания, к необходимости экономически оценивать нагрузку на природную среду, создаваемую в результате экономической деятельности общества, и как следствие — к необходимости наряду с правовыми и административными методами использовать экономические методы регулирования природопользования.

Далее

В декабре 2001 г. был принят новый закон РФ «Об охране окружающей среды». В этом законе провозглашается, что одним из принципов хозяйственной и иной деятельности людей и организаций, органов власти всех уровней, если эта деятельность влияет на окружающую среду, является научно обоснованное сочетание экологических, экономических и социальных интересов человека, общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды.

Далее

Следует отметить, что к настоящему времени исследователями уже делаются попытки моделирования устойчивого социально-экономического развития отдельных регионов с учетом экологических факторов (Гурман и др., 1999; Татаркин и др., 1999).

Далее