Кислородный режим как индикатор состояния экосистемы мелководного озера: наблюдения и моделирование

№ 07-05-00351а

Научный руководитель: к.г.н. А.Ю. Тержевик

Срок выполнения 2007-2009гг.

№ государственной регистрации 01200904194

В 2009 г. завершены работы по проекту 07-05-00351 "Кислородный режим как индикатор состояния экосистемы мелководного озера: наблюдения и моделирование" (2007-2009).

В течение трех лет исследований были проведены полевые работы, направленные на дальнейший сбор данных о развитии термической структуры (как по вертикали, так и в окрестности границы раздела «вода-дно») и вертикального профиля растворенного кислорода (РК). Также были проведены измерения содержания хлорофилла с использованием спектрального флуориметра bbe PluoroProbe, позволившие оценить видовой состав фитопланктона.

На основе принципов анализа размерностей предложена новая параметризация первичного продуцирования (ПП) фитопланктона в водоемах. Параметризация верифицирована по данным многолетних наблюдений на озере Мюггельзее (Германия). Результаты верификации свидетельствуют, что новое представление ПП позволяет избежать традиционных ошибок при расчетах образования органического вещества в моделях водных экосистем.

На основе анализа данных наблюдений на трех замерзающих озерах показано, что перераспределение тепла в водной массе озера в зимний период обеспечивается более эффективными, по сравнению с молекулярной диффузией, механизмами. Данное явление было изучено с использованием простой параметризованной модели, основанной на автомодельном представлении вертикального распределения температуры в водной массе и донных отложениях. Предложена эмпирическая зависимость коэффициента температуропроводности от придонного градиента температуры. Результаты моделирования сопоставлены с данными натурных наблюдений.

Проведена серия численных экспериментов с использованием моделей FLake и FLakeEco по моделированию реакции озера на различные варианты атмосферного форсинга (по сравнению с среднемноголетним) при различных средних глубинах (5, 10 и 15 м) и прозрачности воды (1 и 3 м в терминах глубины диска Секки). Результаты расчетов позволили сформулировать рекомендации по предохранению естественных и искусственных водоемов от возникновения заморных зон.

2. Экспертная система озер северо-запада России: инструмент управления водными ресурсами

№ 08-05-00756-а

Научные руководители:

от СПб ЭМИ РАНд.б.н. В.В. Меншуткин,

от ИВПС КарНЦ РАН чл.-корр. РАН Н.Н. Филатов

Срок выполнения 2008-2010гг.

№ государственной регистрации 01200904191

В 2009 г. существенно расширена база данных со 100 до 674 озер. Все 674 представленных озера имеют информацию о рыбных сообществах озера, по вылову рыбы, а также информацию по химико-биологическим и гидрологическим параметрам.

На основе созданной информационной базы разработана экспертная система для оценки состояния и перспектив развития промысла рыб озер Карелии. Система включает в себя базу знаний о 12 видах наиболее распространенных видах рыб Карелии и модель сообщества, основанную на принципе трофической сети. Уточнение неопределенных параметров модели производится методом случайного поиска. Система позволяет не только оценить ихтиомассы и возрастную структуру популяций, но и определить рациональные пути промыслового использования сообщества для получения максимального вылова и сохранения биологического разнообразия. Настоящая работа является логическим продолжением и углублением работ по созданию экспертной системы по озерам Карелии (Меншуткин, Филатов, Потахин, 2009).

3. Нормирование антропогенного воздействия на водные объекты Севера с учетом их ассимиляционной способности

№ 08-05-98811-р_север_а

Научный руководитель: д.х.н. П.А. Лозовик

Срок выполнения 2008-2010гг.

№ государственной регистрации 01200904188

Ассимиляционная способность водного объекта к веществам различной природы определена по кинетическим параметрам их трансформации в озерных системах с учетом того, что отношение внешней нагрузки к удельной скорости трансформации является величиной постоянной для озер с одним и тем же водообменом. За величину ассимиляционной способности принимается скорость трансформации лабильных веществ. Для ряда озер Карелии определены скорости трансформации лабильных веществ: ОВ аллохтонного происхождения – 1.1–11.2, N_орг – 0.02–0.23, Si – 0.07–1.4, Fe 0.05–0.77 мгл^-1 год^-1, Р_общ – 0–37.5 мкг л^-1 год^-1. Скорость зависит от водообмена озер и константы скорости трансформации веществ. О последней можно судить по изменчивости концентрации вещества в озере (V/С_оз), которая наибольшая для Fe и Si (0.04–2.0 год^-1), тогда как для Р_общ, N_орг и аллохтонного ОВ она колеблется в более узких пределах (0.07–0.7 год^-1).