Численное моделирование влияния гидрофизических условий на формирование пространственных неоднородностей фитопланктона

• Автор: Картушинский, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 240 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ОЦЕНКА СВЯЗИ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ПРОДУКЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ФИТОПЛАНКТОНА
1.1.Влияние гидродинамических условий на биологическую продуктивность
вод Мирового океана
1.1.1.Характерные механизмы формирования неоднородного распределения
фитопланктона в океане
1.1.1.1. Ветер
1.1.1.2.Циркуляции Ленгмюра
1.1.1.3.Конвективные ячейки
1.1.1.4.Сулой, толчея
1.1.1.5.Внутренние волны
1.1.1.6.Апвеллинги
1.1.1. 7.Фронтальные зоны, фронты
1.1.1.8.Вихри
1.2.Влияние гидрофизических условий на распределение фитопланктона в период летнего цветения пресноводной системы
(на примере оз. Байкал)
1.2.1.Оценка связи гидрофизических параметров с распределением хлорофилла "а" в Северном Байкале
1.2.1.1.Материалы и методика
исследований
1.2.2.Характерные гидрофизические параметры, связанные с распределением
фитопланктона
1.2.2.1.Влияние температурных изменений
1.2.2.2.Влияние плотностной стратификации
1.2.2.3.Влияние турбулентного перемешивания
Выводы
2.ОПИСАНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ МЕТОДИКИ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННОЙ
СТРУКТУРЫ ПЕЛАГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1.Моделирование и анализ пространственно-временной изменчивости элементов
природных систем
2.1.2.Моделирование элементов метеорологического блока
2.1.2.1.Солнечная радиация
2.1.2.2.Термодинамические процессы
в приводном слое атмосферы

2.1.3.Моделирование элементов гидрофизического блока
2.1.3.1.Циркуляция вод и изменчивость
течений в водных экосистемах
2.1.3.2.Термодинамическая структура водных экосистем
Граничные условия
Турбулентное перемешивание
Вертикальные перемещения частиц воды и планктонных организмов
внутренними волнами
Адвекция, свзанная с циркуляцией
Ленгмюра
2.1.4.Моделирование элементов
гидробиологического блока
2.1.4.1.Модели продукционных показателей
фитопланктона
Зависимость фотосинтеза от света
Влияние температуры на фотосинтез
Влияние концентрации биогенных элементов на функционирование
фитопланктона
Влияние концентрации фитопланктона
и взвеси на фотосинтез
Выводы
3.МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СУТОЧНОЙ
ИЗМЕНЧИВОСТИ АБИОТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРОДУЦИРОВАНИЕ ФИТОПЛАНКТОНА
3.1.Моделирование взаимодействий гидрофизических и гидробиологических процессов
в пелагиали оз. Байкал
3.1.1.Моделирование влияния абиотических
условий на формирование неоднородностей фитопланктона по вертикали
3.1.1.1.Моделирование влияния турбулентного
перемешивания на распределение фитопланктона
3.1.1.2.Моделирование влияния совместных эффектов ветрового перемешивания и вертикальных движений на суточную изменчивость распределения фитопланктона
3.1.1.3.Моделирование влияния дождевых
осадков на распределение
фитопланктона
3.1.2.Анализ экспериментальных и численных
результатов по оз. Байкал
3.2.Моделирование взаимодействия гидрофизических и гидробиологических процессов в пелагиали
экваториальной Пацифики
3.2.1.Моделирование влияния внутренних волн и апвеллинга на распределение
фитопланктона
3.3.Общий анализ результатов численных
экспериментов
4.ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦЕНКИ
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГРАДИЕНТОВ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ И КОНЦЕНТРАЦИИ ФИТОПИГМЕНТОВ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ ОКЕАНА
(по данным спутниковой информации)
4.1.Описание программного комплекса "NOA"
4.2.Пространственно-временная динамика температурных фронтальных зон и фронтальных разделов в Атлантике и Пацифике
4.2.1.Изменчивость температурных фронтальных
зон Атлантическом океане
4.2.1.1.Северная Атлантика
4.2.1.2.Южная Атлантика
4.2.2.Изменчивость температурных фронталь ных
зон в Тихом океане
4.3.Связь динамически активных зон с распределением фитопланктона в океане
Выводы
5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение
1.2.1.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ
В работе использованы материалы, полученные в ходе экспедиционных работ в августе 1988 года, которые проводились Институтом биофизики СО АН СССР (Красноярск) и Лимнологическим институтом СО АН СССР (Иркутск). Использовались данные двух полигонных съемок 7-8 августа и 11 августа 1988 года по температуре воды и концентрации хлорофилла "а". Температурные измерения выполнялись батитермографом до глубины 100 ми АЦИТТами на буйковых станциях. Концентрация хлорофилла оценивалась по флуоресценции проб воды с горизонтов 0, 10, 20, 30, 40 и 50 метров и определялась для трех групп водорослей - синезеленых, зеленых, диатомовых и суммарного содержания хлорофилла "in vitro" по [58, 60].
Кроме того, использовались данные по скорости течения на горизонтах 15 и 40 метров, полученные при помощи АЦИТТ на четырех буйковых станциях (БС) - станции 1, 4, 13 и 15 (рис. 1.5, 1.6). А также значения скорости ветра, которые наблюдались с 3-х часовой дискретностью с корабля ходившего галсами по району исследований. Расстояние между станциями составляет порядка 10 км. Общий размер полигона 30 х 30 км.
1.2.2. ХАРАКТЕРНЫЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, СВЯЗАННЫЕ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ФИТОПЛАНКТОНА
То, что степень неоднородности гидрофизических и гидробиологических параметров в водных системах очень велика известно по многочисленным детальным съемкам [20, 22, 26, 52, 119,' 141, 157, 159, 194]. Однако до недавнего времени основное внимание
уделялось крупномасштабным процессам, что нашло свое отражение во многих работах, посвященным изменчивости динамических и температурных полей и соответствующему распределению фитопланктона и зоопланктона в океанах и морях [8, 14, 21, 35, 40, 43, 121, 122, 144, 198, 200]. Уделялось соответствующее внимание и ограниченным гидродинамическим системам, таким как озера, фьорды, водохранилища [5, 6, 11, 20, 23, 26, 47, 61, 86, 143, 179, 186, 191, 199, 203, 214, 218, 233, 238, 239]. Однако, качественно
новые представления о пространственно-временной изменчивости