Математическое моделирование динамики фитопланктона и био-оптических полей

• Автор: Семовский, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 240 с. : ил.

Содержание,
ЧАСТЬ 1. МОДЕЛИ ПОПУЛЯЦИОННОЙ ДИНАМИКИ
1.1. Основные понятия и простейшие модели
1.2 Фотосинтетичеекая первичная продукция и био-оптические модели
1.3. Микробиологический цикл и динамика растворенного
органического вещества
1.4. Экодинамический подход для описания поля подводкой спектральной освещенности
ЧАСТЬ 2. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ УСВАИВАНИЯ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И КОНТАКТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ
2.1 Модели вертикальной структуры фитопланктона
2.2 Методы численной ассимиляции данных в моделях экосистем
ЧАСТЬ 3. ПРИМЕРЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНКРЕТНЫХ ПРОЦЕССОВ
И ЯВЛЕНИЙ
3.1 Моделирование сезонной изменчивости фотооинтетической первичной продукции в Северной Атлантике и Балтийском море с усваиванием среднемесячных данных С2С8

3.2. Усваивание данных контактных измерений при моделировании весеннего
цветения фитопланктона в Гданьском заливе
3.3 Моделирование мезомасштабных явлений в прибрежном поле фитопланктона Южной части Балтийского моря с использованием спутниковых наблюдений и контактных измерений
3.4. Моделирование полей подводной освещенности Балтийского моря
и озера Байкал
3.5. Воздействие вертикальных миграций зоопланктона на формирование подповерхностного максимума фитопланктона
3.6. Подходы к исследованию динамики высших трофических уровней на основе дистанционного зондирования некоторых параметров
экосистемы
3.7. Моделирование соотношения основных таксономических групп фитопланктона озера Байкал в современных условиях
и условиях папеоклиматов
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Актуальность. работы. Изучение водных экосистем представляет значительный интерес с теоретической точки зрения ввиду специфического характера трофических связей, миграций, видового состава и др. Однако, и с практической точки зрения изучение структуры и динамики водных сообществ важно как для оценки эффективности рыболовства, марикультуры, при исследовании возможностей использовании побережья для рекреационных целей, при оценке формирования качества питьевой воды. Чрезвычайно интересной представляется и задача исследования реакции океанических, морских и пресноводных пелагических экосистем на растущее антропогенное воздействие и климатические изменения.
Учитывая вышеперечисленные, а также и многие другие задачи, в последнее время происходит активное развитие технических средств исследования биологической компоненты в водных объектах, включая и создание приборов, осуществляющих дистанционное зондирование с борта судна, самолетов или спутниковых платформ. Одновременно в научных учреждениях мира резко возросло количество работ (и это можно проследить по растущему количеству публикаций) посвященных развитию методов исследования водных экосистем, их моделированию, анализу физических и химических процессов, воздействующих на продуктивность.
Фитопланктон как совокупность фотосинтезирующих водорослей является основой трофической цепи в водных экосистемах (роль хемосинтеза пока не ясна во всех подробностях). За счет фотосинтетической первичной продукции синтезируется основная масса органических веществ, осуществляется основной обмен углекислым газом и кислородом с атмосферой и водной толщей. Таким образом, исследование динамики фитопланктона в рамках водных экосистем имеет большое значение.
Оптическая активность пигментов, содержащихся в клетках фитопланктона, во многом формирует свойства гидрооптических полей. Это явление служит основой
продукцию в районе апвеллишгов (КГоттапп е/ а1, 1991). Детальный анализ, включающий смену лимитирующего фактора в течение сезонного цикла выходит за рамки настоящей работы (исследование динамики кремния озера Байкал, который является специфическим биогеном для диатомовых водорослей, проведено в нашей работе Се-мовский и др., 1997, см. также раздел 3.7).
Уравнения динамики растворенных биогенных элементов имеют вид, аналогичный использованному в разделе 1.1:
ЗМ д2 N ЗЫ
0 ■ — Кх + увВ + {1-Гв)Щ1{В,Вх,В2)
дг дг2 Зг гв у 2
+ зд-ю(Л0ВД+6
где АД (г) — приток биогенов извне.
Биологически шродущшртатное и минеральное взвешенное вещество
Подобно тому, как это было сделано в работе (ВшкИешшпп, 1993), в модели рассматриваются две фракции взвешенного вещества, а именно:
— минеральное биологически нейтральное взвешенное вещество, вынесенное в акваторию данного объекта с водами рек, ветром и т.п.,
— детрит и другие нерастворенные продукты жизнедеятельности живых организмов.
Для описания динамики этих двух переменных модели используются следующие уравнения:
3 Е 38
—= Р(х,у,г,51) + и>8 -а81+уРР + у2г + /8Сот{Р,2) + £ (1.3.7)