Трансформация соединений фосфора в пресноводных экосистемах

• Автор: Булдовская, Ольга Рафаиловна
• Шифр специальности: 11.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 240 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Современные представления о математическом моделировании процессов трансформации веществ в водных экосистемах.
1.1. Методология создания и применения в водноэкологических исследованиях математических имитационных моделей

1.1.1. Особенности круговорота веществ в экосистемах

водоемов.

1.1.2. Структурные и функциональные особенности

математических имитационных моделей водных экосистем.

1.1.3. Этапы создания математических имитационных моделей экосистем водоемов.

1.2. Формализация процессов трансформации вещества в

имитационных моделях водных экосистем.

1.2.1. Гидродинамические процессы .
1.2.2. Химикобиологические взаимодействия.
1.2.3 Обменные процессы на границах раздела водадно
и водаатмосфера.
Глава 2. Минимальная модель взаимодействий в системе фитопланктон биогенные вещества в водохранилище с однородными водными массами
2.1. Задачи исследования
2.2. Общая характеристика Учинского водохранилища как объекта моделирования
2.3. Описание модели.
2.3.1. Основные особенности создания моделей в Системе имитационного моделирования водных объектов СИМВО
2.3.2. Анализ данных натурных измерений и компонентная структура модели.
2.3.3. Уравнения модели
2.3.4. Идентификация коэффициентов модели
2.3.5. Результаты расчетов и оценка адекватности модели.
2.4. Анализ особенностей развития фитопланктона в Учинском водохранилище по данным моделирования
2.5. Оценка условий применимости модели
Глава 3. Динамика и круговорот соединений фосфора в Учинском водохранилище исследование с помощью имитационной математической модели фосфорной системы
3.1. Общая характеристика модели.
3.2. Настройка модели для расчета внутригодовой динамики концентраций соединений фосфора в Учинском водохранилище.
3.3. Анализ баланса и потоков фосфора в водохранилище по данным моделирования.
3.4. Исследование продукционных процессов в водохранилище по материалам имитационных расчетов
Глава 4. Формализация метаболических функций фитопланктона и моделирование динамики форм фосфора в пресноводных экосистемах.
4.1. Критерии выбора уравнений для описания метаболических
процессов гидробионтов в математических имитационных моделях
4.2. Описание расчетов .
4.3. Анализ влияния структуры уравнений метаболических функций фитопланктона на моделирование закономерностей его развития
4.4. Оценка чувствительности результатов моделирования концентраций форм фосфора в водохранилище к значениям параметров в уравнениях метаболических функций фитопланктона.
Глава 5. Анализ данных моделирования динамики и потоков фосфора в разных по трофности водных экосистемах выявление статистических связей для прогноза концентраций, потоков и нагрузки по фосфору
5.1. Эмпирические модели евтрофирования водоемов
5.2. Анализируемая информация.
5.3. Роль проточности водоемоз и их средней глубины в формировании внешних потоков фосфора в водной среде.
5.4. Внутренняя нагрузка по фосфору в экосистемах водоемов
5.5. Зависимости для расчета среднегодовых концентраций форм фосфора в водоемах.
5.5.1. Статистические связи.
5.5.2. Сопоставление с некоторыми традиционными моделями.
5.5.3. Проверка применимости установленных зависимостей8 Заключение.
Список литературы


Методология создания и применения вводноэкологических исследованиях математических имитационных моделей. Особенности круговорота веществ в экосистемах водоемов. Экосистемы природных водоемов важнейшие элементы геосферы Земли. Различные аспекты, связанные с особенностями их функционирования и состояния, являются предметом изучения практически всех наук о Земле и ее биосфере. Земли и состояния отдельных водных объектов. Значительно большая их однородность по сравнению с экосистемами суши служит причиной резкого реагирования водных экосистем на внешние воздействия . Изучение влияния различных воздействий на водные экосистемы и прогнозирование их последствий значительно затрудняется сложностью их структурной и функциональной организации. Особое значение это имеет при исследовании трансформации биогенных элементов, соединения которых присутствуют как в косном так и в живом веществе и участвуют в сложном геобиохимическом круговороте рис. Водные экосистемы это неразрывное единство живых организмов и среды их обитания . Живой и неживой компоненты функционируют как единое целое и изменение одного из них вызывает определенные изменения другого. В этом единстве ведущим активным является биоценоз, и это должно лежать в основе теории управления экосистемными процессами . Рис. Структура водных экосистем осложняется тем, что их косный компонент обычно представлен тремя или четырьмя природными телами вода, грунт, ледовый покров, контактный с атмосферой поверхностный слой , взаимодействующими друг с другом. Сама же водная толща в случае значительной глубины иили сложной морфометрической формы водоема может существенно различаться в пространстве по физическим и химическим свойствам. Особая трофическая структура формируется в водоемах за счет того, что все органическое вещество, синтезируемое водорослями, представлено сравнительно легко усваиваемыми гидробионтами фракциями. При этом в реальных водоемах не наблюдается замкнутого круговорота веществ только применительно к Мировому океану в целом можно говорить о принципе циркуляции веществ по замкнутому кругу . Таким образом, вследствии целостности организации водных экосистем и особенностей связей и взаимодействий между их элементами, отдельные изменения режима или баланса воды, вещества, тепла и т. Структурные и функциональные особенности математических имитационных моделей водных экосистем. Стохастический метод черного ящика. Он предполагает, что на детерминированные связи внутри системы повсеместно накладываются стохастические явления. Наибольшая роль принадлежит здесь получению и оценке экспериментальных данных о состоянии системы. Детерминистический имитационный метод. Динамика каждого процесса изучается с помощью экспериментов, которым отвечают дифференциальные уравнения, входящие в общую модель системы. По результатам численных экспериментов, проверяются различные гипотезы о роли экзогенных явлений и эндогенных изменений состояния системы. Кибернетический метод. Экосистема рассматривается как самооптимизирующаяся. При исследовании экологических процессов и систем, характеризующихся взаимосвязью детерминированных и стохастических процессов, используются соответствующим образом модифицированные методы, разработанные и апробированные в теоретической и прикладной кибернентике . По характеру использования исходной информации различают апостериорные эмпирические, априорные и полуаприорные модели. С их помощью получают достаточно точное описание исследуемого процесса в конкретных условиях, вместе с тем они часто являются основой для получения более сложных моделей. В зависимости от того включена ли в модель временная переменная различают статические и динамические модели. Статические по существу являются описательными, динамические же, в противоположность этому могут быть как описательными так и прогнозирующими . Они позволяют достаточно детально изучить происходящие в водоемах процессы на всех стадиях их развития и выяснить причины тех или иных наблюдаемых изменений состояния экосистем. Решение системы дифференциальных уравнений модели дает прогноз реакции системы на внешние воздействия.