Моделирование озера

При моделировании озер принимается, что горизонтальными градиентами в сравнении с вертикальными можно пренебречь, т. е. [c.81]

Лабораторный метод позволяет определять физические и химические свойства воды, моделировать гидродинамические процессы, для того чтобы изучить их возникновение, развитие и затухание. В искусственных условиях на моделях, задавая внешние условия, можно изучить и сами явления и влияние на них различных сил. Так, например, при помощи моделирования исследовался дрейф льдов в Северном Ледовитом океане, возникновение ветровых и внутренних волн, сейш в морях и озерах на моделях русел рек в лабораторных условиях изучается влияние течений, расходов воды, состава донных отложений на русловые процессы и т. д. [c.9]

Сейши изучались на озерах, в заливах, бухтах и морях путем непосредственных измерений колебаний уровня, а также путем расчета и моделирования этого процесса. На моделях такие исследования проводились в СССР В. П. Дубовым для Балтийского моря, В. Н. Соловьевым для оз. Байкал, М. Ремизовой для Аральского моря. Вследствие различий в очертаниях берегов и в рельефе дна сейши в морях и отдельных их частях могут значительно отличаться друг от друга. Так, в Алжирской бухте в Средиземном море отмечены сейши с периодами от 1,2 до 75 мин и с величинами до 1 м. На Азовском море (в Темрюке) наблюдались сейши с периодами до 23 ч и с наибольшей величиной 80 см. [c.132]

Блок-схема модели популяции окуня представлена на рис. 4.1. Состояние системы определяется численностью рыб в 9 возрастных группах. Изменение численности рыб происходит в результате каннибализма, гибели от недостатка корма (этот фактор имеет существенное значение только для личинок и молоди в возрасте 0+), гибели от старости (для особей трех старших возрастных групп) и промысловой смертности. Ограниченность и колебания кормовой базы (планктон озера) учитывались в виде изменений вероятности гибели личинок и мальков от голодания. В моделировании процесса воспроизводства принималось во внимание изменение плодовитости с возрастом и смертность икры. [c.82]

Меншуткин В. В., Жаков Л. А. 19646. Опыт математического моделирования характера динамики численности окуня в заданных экологических условиях. В сб. Озера Карельского перешейка. Изд. АН СССР, Л. [c.187]

В последующие годы авторы при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований продолжили свои работы по моделированию Ладожского озера. Результаты этих исследований и составляют содержание монографии. [c.5]

Необходимость борьбы с антропогенным эвтрофированием водоемов и их загрязнением, принявшими глобальный характер и сделавшими реальной угрозу качеству и без того ограниченного запаса континентальных пресных вод, стимулировала проведение широкого круга исследований в области лимнологии, математического моделирования, экономики, связанных с проблемой сохранения, восстановления и эффективного использования природных ресурсов больших стратифицированных озер. [c.8]

Для больших стратифицированных озер, имеющих значительную протяженность (сотни километров) и глубину (сотни метров), сложную морфометрию, характерно значительное разнообразие гидрофизических условий, особенно в вегетационный период. Это определяется наличием в данный период развитой как вертикальной, так и горизонтальной температурных стратификаций. Так, в Ладожском озере амплитуда горизонтальных изменений температуры достигает 15 °С между мелководьем на юге и глубоководной зоной на северо-западе озера (Тихомиров, 1982). При наличии развитой стратификации летом амплитуда вертикальных изменений температуры также достигает 15 °С (Тихомиров, 1982). Этим определяется необходимость использования для моделирования трехмерных математических моделей. [c.57]

При моделировании крупномасштабной циркуляции больших озер в качестве временного масштаба естественно выбрать характерное время эволюции элементов глобальной динамики озера. Для этого разумно взять синоптический масштаб, т. е. временной интервал, равный 5—7 сут. [c.58]

Моделирование климатической циркуляции Ладожского озера [c.104]

Это среднее значение и использовалось при моделировании во всех точках поверхности озера. Естественно, что такое задание теплового потока не соответствует тому, как происходит в реальности обмен теплом через поверхность в различных частях акватории. Однако для больших стратифицированных озер почти весь год имеет место однонаправленность теплового потока во всех точках поверхности водоема (Тихомиров, 1982). Как будет видно из дальнейшего, такой способ задания теплового потока дал удовлетворительные результаты, несмотря на несомненную грубость такого подхода. С физической точки зрения использование в качестве ис- [c.117]

Моделирование ледового покрова. Примененное в наших расчетах моделирование образования ледового покрова правильнее называть имитированием. При отсутствии льда поток тепла задавался постоянным по всей акватории по формуле (3.3.2.) при наличии льда тепловой поток перераспределялся на непокрытую льдом часть поверхности водоема таким образом, чтобы сохранялся интегральный поток тепла через всю поверхность. С того момента, когда водоем полностью покрывался льдом, тепловой поток изымался равномерно со всей поверхности озера до появления открытой воды. Процесс образования льда имитировался следующим [c.119]

В отечественных исследованиях также уделяется большое внимание моделям, описывающим трансформацию соединений азота, фосфора, кислорода в водной среде для анализа динамики компонентов в водных объектах, в частности, евтрофных озерах [Леонов, 1989 Моделирование режима..., 1995. [c.291]

Q-H для модели HD. Для таких условий принимается допущение, что на концентрацию не оказывает значительного влияния условия моделирования на границе, т. е. предполагается, что выходной поток вливается в большое водное пространство, такое как озеро или море. Для каждого открытого граничного условия должна быть специфицирована временная серия концентраций для водоприемника. Когда поток вытекает из моделируемой речной системы, концентрации на границе вычисляются внутри AD-модуля. Если поток меняет ориентацию (например, при приливах), то используется специфицированная временная серия концентраций (при истечении потока она не используется). Коэффициент Z rnix используется, чтобы гарантировать плавный переход между вычисленными и специфицированными граничными концентрациями в случае неожиданного изменения концентрации потока. Главная цель задания открытого граничного условия для концентрации — это дать возможность учитывать массу компоненты в выходном потоке при вычислениях в AD-модели. [c.310]

Абсорбция аммиака из атмосферы моделированной поверхностью озера составила 14,3—17,4 ммоль МШ — М/(га-неделю) [63]. В тех случаях, когда концентрация аммиака в атмосфере выше, чем в воде, что встречается в районе расположения скотпых дворов и в атмосфере некоторых промышленных городов, абсорбция аммиака из воздуха может значительно увеличивать количество азота, присутствующего в поверхностных водах. [c.62]

Для окружающей среды г. Апатиты характерны сезонные изменения загрязнения окружающей среды. Это связано с сезоном отпусков жителей города, который приходится на летние месяцы. В это время прекращается отопительный сезон (рис. 5.27, кривая 2), резко снижается количество транспорта в городе (рис. 5.25, кривая 2), снижается производство продукции апатитонефелиновой обогатительной фабрикой ОАО "Апатит" (рис. 5.26, кривая 2) и соответственно снижается сброс вод промышленного использования в озеро (рис. 5.29, кривая 2), но в этот период в связи с погодными условиями усиливается пыление хвостохранилищ ОАО "Апатит" (рис.5. 28, кривая 2). Поэтому моделирование выполнено для одного года, а шагом си- [c.293]

Рис. 7.5. (а) Фронт (внутренней волны) Пуанкаре, наблюдавшийся в озере Онтарио вслед за штормом 9 августа 1972 г. Линии показывают глубину тер-моклина, определенную по изотерме 10°. Времена начала и конца каждого разреза показаны. Из первого разреза видно сильное опускание, вызванное прохождением шторма. Последующие разрезы показывают процесс геострофического приспособления с излучением волн Пуанкаре, (б) Результаты моделирования этого явления [726] на нелинейной двухуровневой модели. Диаграммы взяты из [726, 729] и могут быть сравнены с решением, показанным на рис. 7.3 для очень простого начального условия. [c.250]

Абстрактные модели популяций рыб, разобранные в предыдущей главе, явились необходимой теоретической подготовкой для перехода к моделированию конкретных объектов. Объектом моделирования в рассматриваемом примере явилась популяция окуня в 03. Тюленьем (Карельский перешеек). Основной причиной такого выбора послужило наличие данных о численности и возрастной структуре этой популяции, полученных прямым методом. Дело в том, что на многих озерах проводилось уничтожение малоценной рыбы при помопщ яда — полихлорпинена (Бурмакин, 1961). Отравленная рыба полностью удалялась из озера и подвергалась учету и исследованию на половой и возрастной состав. Таким образом, в распоряжении исследователей оказались очень редкие в ихтиологии данные о численности и структуре популяции, полученные не косвенными, а прямыми методами, правда, ценой гибели самой популяции. Для создания математической модели популяции рыб, особенно для первой попытки такого рода применительно к конкретным условиям, подобные сведения очень важны в качестве практического критерия истинности модели. Иными словами, требовалось создать модель, которая могла бы прийти в такое же или почти такое же состояние, в котором находилась исследуемая популяция в момент отравления озера. [c.80]

Непосредственным прототипом для моделирования послужила популяция 03. Тюленьего, по которой имелся наиболее полный ихтиологический материал, собранный и обработанный Л. А. Жаковым (Жаков, 1960, 1964 Бурмакин, Жаков, 1961 Меншуткин, Жаков, 1964а). Это небольшое озеро (площадь 1.8 га) было населено исключительно окунем, никаких других представителей ихтиофауны в нем не найдено. [c.81]

Тот факт, что, используя модель популяции окуня в оз. Тюленьем, удалось не только объяснить наблюдавшуюся в этом озере структуру популяции окуня, но и предсказать другие возможные типы структур в иных озерах с отличными экологическими условиями, говорит о пригодности метода моделирования конкретных популяций на ЭВМ для решения практических рыбохозяйственных вопросов. Моделирование стада озерновской красной (раздел 4.2) велось уже по прямому заказу исследовательских организаций Министерства рыбного хозяйства СССР. [c.180]

Авторы являются крупными специалистами в области математического моделирования, лимнологии и вычислительной математики. Все модели, вычислительные схемы и алгоритмы, представленные в монофафии, являются оригинальными разработками авторов. Книга рассчитана на специалистов, аспирантов и студентов, изучающих и применяющих методы математического моделирования в задачах сохранения и использования водных ресурсов больших стратифицированных озер. [c.4]

При создании моделей гидродинамики авторы постоянно пользовались советами Л. А. Оганесяна, по инициативе которого была начата работа по моделированию гидротермодинамики глубокого стратифицированного озера. Его советы и плодотворная критика способствовали большему пониманию проблем моделирования. Авторы искренне благодарны Л. А. Оганесяну. [c.6]

Что общего во всех этих озерах с точки зрения моделирования Им свойственна значительная пространственная неоднородность гидрофизических условий как по глубине, так и по горизонтали. Для всех этих озер развитие фитопланктона лимитировано фосфором. Кроме того, для таких озер как следствие их размеров характерно значительное время реакции на внешние воздействия, исчисляемое годами и даже десятилетиями. Для моделирования этих озер, учета перечисленных особенностей необходимо создание трехмерных моделей и таких вычислительных алгоритмов, которые позволили бы проводить расчеты на длительное время с целью воспроизведения как круглогодичной циркуляции и температурного режима, так и круглогодичного функционирования их экосистем. Компьютерные модели, основанные на таких алгоритмах, могут использоваться для уточнения различных количественных оценок процессов обмена веществом и энергией внутри экосистемы, полученных путем прямой обработки результатов наблюдений. К таким оценкам относятся оценка внутриводоемных потоков фосфора, оценка вклада различных групп гидробионтов в регулирование обмена веществом и энергией в экосистеме, оценка потоков вещества на границе вода— дно и т. п. Другое назначение моделей — прогнозирование изменений в озерных экосистемах при различных сценариях развития экономики в бассейнах озер, т. е. при изменении объемов и характера антропогенной нагрузки. [c.9]

Первая глава занимает в монографии особое место. В ней дано сжатое, но достаточно полное описание Ладожского озера. В главе приведены основные физико-географические сведения об озере, дано краткое описание его гидротермодинамического режима. Основное внимание уделено описанию состояния экосистемы на конец 90-х годов как результату процесса эволюции экосистемы озера за последние сорок лет, в течение которых наблюдается процесс его антропогенного эвтрофирования. В этом описании представлены все основные звенья экосистемы водоема. Кроме того, в главе фактически обоснованы биологические концепции созданных авторами моделей. Так, дается обоснование возможности учета в моделях только одного биогена — фосфора обосновывается выбор представления фитопланктона в виде трех экологических групп в базовой модели и в виде девяти — в модели сукцессии. Этъ глава написана Н. А. Петровой, в течение многих лет являвшейся научным руководителем Ладожской экспедиции Института озероведения РАН. В главе использованы как результаты исследований этой экспедиции, обобщенные в серии монографий под редакцией Н. А. Петровой (1982), Н. А. Петровой и Г. Ф. Расплетиной (1987), Н. А. Петровой и А. Ю. Тержевика (1992), так и результаты исследований озера, представленные в трудах I— III Международных симпозиумов по Ладожскому озеру и монографиях под ред. Н. Н. Филатова (2000), а также В. А. Румянцева и В. Г. Драбковой (2002). Представленный в главе материал несколько выходит за рамки необходимой для моделирования информации. Тем не менее его наличие важно для более глубокого понимания озерных процессов. Кроме того, этот материал особенно интересен лимнологам, изучающим большие стратифицированные озера. [c.10]

Центральное место в монографии отведено моделям экосистемы Ладожского озера. Они по существу являются развитием модели экосистемы, созданной В. В. Меншуткиным и О. Н. Воробьевой (1987). Для В. В. Меншуткина, одного из пионеров моделирования водных экологических систем, это была уже третья по счету модель для Ладожского озера. В своей монографии Имитационное моделирование водных экологических систем В. В. Меншуткин (1993) сформулировал ряд важных общих положений, из которых целесообразно исходить, конструируя экологические модели. Суть этих положений сводится к следующему во-первых, самым важным при построении экологических моделей является наличие отчетливой и адекватной биологической концепции и доброка-чествещшх исходных данных во-вторых, стремление к возможно большей детализации должно быть уравновешено пониманием того, что резкий рост числа переменных в модели, как правило, не улучшает модель в-третьих, важным аспектом построения модели водной экологической системы является объединение, синтез гидробиологических, гидрохимических и гидрофизических знаний о динамике системы в-четвертых, при создании модели экосистемы необходимо опираться на выполнение законов сохранения вещества и энергии в водной экосистеме. При создании новых моделей авторы данной монографии стремились соблюсти перечисленные принципы. Кроме того, авторы предпочли для более полного воспроизведения функционирования экосистемы вместо одной общей модели с большим числом переменных создать ряд моделей, воспроизводящих отдельные стороны функционирования экосистемы водоема. Экономия числа переменных в моделях облегчила настройку моделей и сократила время для расчетов. Последнее немаловажно для реализации трехмерных моделей на персональных компьютерах. [c.11]

Основная направленность рассматриваемых моделей экосистемы — это исследование процесса антропогенного эвтрофирования больших стратифицированных озер. Для того чтобы получить в результате моделирования количественные оценки процесса эвтрофирования, необходимо воспроизвести внутриводоемные потоки вещества и энергии, учитывающие основные компоненты экосистемы. К ним на данном этапе моделирования отнесены биогены (в основном азот и фосфор), фитопланктон, зоопланктон, детрит (мертвое органическое вещество), растворенное в воде органическое вещество, зообентос, рыбы и раствореншлй в воде кислород. Здесь не представлены в явном виде бактериопланктон, водные грибы, макрофиты. Бактериопланктон, играющий исключительно важную роль основного деструктора мертвого органического вещества, учитывается в моделях при параметризации процесса деструкции неявно. [c.13]

Учитывая, что единственным биогеном, лимитирующим развитие биоты в экосистеме Ладожского озера, является фосфор, авторы построили остальные модели, ради ограничения числа переменных, как модели круговорота фосфора. В базовой модели комплекса в качестве переменных использованы три группы фитопланктона, зоопланктон, детрит, растворенное органическое вещество, растворенный минеральный фосфор и растворенный кислород. Кроме базовой модели в комплекс входят модель, в которой зоопланктон представлен обобщенными биомассами мирного (фильтрующего) зоопланктона и хиищого зоопланктона модель, содержащая подмодель зообентоса модель, в которой фитопланктон представлен в виде совокупности девяти экологических групп, названных по входящим в них доминирующим комплексам. Последняя модель создана для воспроизведения сукцессии фитопланктона в процессе антропогенного эвтрофирования озера. Здесь сукцессия — это закономерное изменение состава доминирующих комплексов фитопланктона под влиянием тех или иных воздействий на экосистему (например, изменение с годами биогенной нагрузки, возникновение заметных тенденций изменения климата, рост загрязнений и т. д.). Важность определения состава доминирующих групп фитопланктона для оценки качества воды в озере мы уже отмечали. Без воспроизведения сукцессии, перестройки фитопланктонного сообщества, как справедливо отмечает В. В. Меншуткин (1993) в монографии Имитационное моделирование водных экологических систем , картина эвтрофирования Ладожского озера не может быть полной. [c.14]

Ради объективности в оценке результатов моделирования следует отметить, что далеко не все они адекватны данным наблюдений. Конкретные примеры приведены в соответствующих параграфах монографии. Причин тому немало недостаточное количество данных для калибровки и верификации моделей, недостаточная изученность моделируемых объектов и т. п. Тем не менее ввиду адекватности многих результатов моделирования они расширяют многие, в том числе количественные, представления о процессе антропогенного эвтрофирования Ладожского озера. Так, с помощью моделирования пополнены представления о тех периодах функио-нирования экосистемы озера, в которые отсутствуют данные измерений. Это относится к глубокой осени и зимнему периоду. [c.15]

К моделированию экосистемы относится также гл. 8 монографии, в которой представлена модель сообщества рыб Ладожского озера, созданная В. В. Меншуткиным. Сообщество рыб представляет собой четвертый трофический уровень в иерархической структуре экосистемы Ладожского озера. Эта модель развивает имеющиеся представления о динамике его ихтиоценоза. Методически она существенно отличается от всех других моделей, представленных в монографии. Основная идея построения модели состоит в разделении описания трофических, популяционных и промысловых процессов. Связь этой модели с другими моделями на данном этапе возможна только на уровне обмена информацией. [c.15]

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. [c.17]

Значительные изменения в озерной экосистеме были связаны с возросшим в середине 60-х годов поступлением фосфора в водоем преимущественно со сточными водами Волховского алюминиевого завода. Первый этап изучения процесса, играющего в настоящее время наиболее важную роль в развитии экосистемы Ладоги — антропогенного эвтрофирования, — относится к периоду 1975—1980 гг. Исследования проводились Институтом озероведения РАН и завершились монографией Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера (1982). Были описаны основные проявления процесса антропогенного эвтрофирования и установлены причины его возникновения. Следующий этап исследований 1981—1990 гг. позволил сформулировать ряд теоретических концепций, необходимых для понимания и прогнозирования тенденций развития водоема. Было оценено принципиальное отличие антропогенного эвтрофирования больших глубоких озер от естественной их эволюции влияние морфометрической неоднородности озерной котловины на формирование лимнических процессов условия возникновения наиболее опасного последствия эвтрофирования — снижения содержания кислорода в воде. Важным итогом исследований было сопоставление масштабов изменений в экосистеме под влиянием хозяйственной деятельности на водосборе с пределами естественной изменчивости и выбор оптимального количества параметров — экологических критериев, на которые можно опираться при анализе, моделировании и прогнозе состояния озера. К этому периоду относится начало разработки математических моделей экосистемы Ладожского озера. Во всех аспектах исследований основное внимание было обращено на взаимосвязи круговоротов фосфора и углерода в озерной экосистеме, так как именно они определяют продукционно-деструкционные соотноше- [c.19]

Таким образом, основными задачами исследования больших стратифицированных озер методами математического моделирования являются воспроизведение трансформации во времени экосистем озер в их пространственном разнообразии, уточнение количественных оценок лимнических процессов, полученных непосредственно на основе данных наблюдений, а также построение прогнозов развития экосистем, учитывающих тенденции, выявленные при анализе данных наблюдений. [c.56]

Свободная поверхность водоема задается функцией (х, у, t), т. е. уравнением z = (х, у, t). Учитывая, что основной задачей при моделировании гидротермодинамики водоема авторы считают воспроизведение крупномасштабной климатической циркуляции, для больших глубоких озер величина (х, у, t) мала по сравнению с глубиной водоема и потому граничные условия, которые ставят- [c.60]

Речной пр1п 0к и сток. При моделировании учитывалось пять рек Вуокса, Сясь, Свирь, Волхов, Нева. Суммарный приток четырех основных, впадающих в озеро рек, — Волхова, Свири, Вуок-сы и Сяси — равен 59 км%од (Гидрологический режим..., 1966). Приток остальных неучтенных нами рек равен 8 км /год. Примерно столько же — 7 км /год — дают осадки (осадки-испарения) и подземный приток. Годовой сток озера через Неву равен 74кмЗ/год. [c.114]

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). [c.121]

Onn amie эволюции во времени температурного поля водоема по результатам моделирования приведем, следуя принятому в работе А. И. Тихомирова (1968) делению года на гидрологические периоды весенний, летний, осенний и зимний. На рис. 5—17 представлена температура поверхности озера, а на рис. 18—20 — температура в плоскости вертикального продольного разреза по оси о. Валаам—Волховская губа. Для периода открытой воды (с 15 мая по 15 октября) наряду с результатами расчетов температуры поверхности на рис. 6—16 представлены результаты осреднения данных наблюдений за поверхностью водоема за почти столетний период наблюдений (Науменко и др., 2000). [c.123]

Ледовый покров по результатам моделирования начинает разрушаться с 11 апреля, и к 7 мая площадь льда уменьшается вдвое, а к 17 мая озеро полностью освобождается ото льда (рис. 21). По данным А. И. Тихомирова (1968), полное очищение Ладоги наступает в первой половине мая. Тогда же происходит зарождение термобара. В модели эти явления происходят примерно в те же сроки. По результатам расчетов, в глубоководной части озера температура воды практически постоянна и равна примерно 2 °С. На мелководье, между берегом и термобаром, начинает формироваться термоклин (рис. 6, а, б 19, а, б). Окончание периода весеннего нагревания связывают с исчезновением термобара. Согласно данным А. И. Тихомирова (1968), это происходит в среднем в середине июля. В модели термобар, идентифицируемый изотермой 4°С на поверхности, исчезает 10 июля. [c.123]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология