64. Учет пространственной структуры » имитационных моделях водных экосистем

Рассмотренные выше модели экосистем водоемов, как и большая часть описанных в литературе моделей, являются точечными, усредненными но пространств} моделями передающими лишь осиявшие, наиболее существенные процессы в экосистеме при том пли ином виде антропогенного воздействия В прикладных исследованиях, однако, может по­требоваться более пли менее детальное описание пространственного распределения фи­зических, химических и биологических характеристик как по площади, так и по глубине водоема.

Наиболее простои и часто применяемый способ учета пространственных неодно-родиоетей заключается в эмпирическом разбиении водоема на несколько резервуаров или «камер», связанных между собой перетечками в-ва и энергии. Внутри каж­дого резервуара характеристики системы принимаются усредненными и описываются точечными уравнениями. Общая модель представляет собой систему уравнений бюд­жета компонентов для каждого из резервуаров и каждого из компонентов исследуемой модели. Коэффициенты маесоперепоса между резервуарами являются свободными пара­метрами, значения которых подбираются таким образом, чтобы согласовать результаты модел-ния и наблюдений. Преимуществами этого метода являются простота и обо­зримость результатов, недостатком - неопределенность в выборе границ резервуаров и их взаимодействии, что сильно сказывается на результатах расчетов.

Более строгим в математическом отношении методом является введение в дина­мических моделях сетки по пространственным координатам одномерной, двумерной или трехмерной.

Одномерные модели, в которых водоем разбивается на несколько плоских сло­ев по глубине, успешно применяются при исслед. достаточно глубоких водоемов с хорошо выраженной стратификацией вод. Если же стратификация выражена слабо, если водоем широкий и мелкий или, наоборот, узкий и длинный, то одномерная мо­дель, предполагающая горизонтальную однородность объекта, может приводить к значительным погрешностям в вычислениях. Одномерные модели, не описывающие горизонтальные градиенты переменных, не пригодны для модел-ния бухт, заливов, головных водохранилищ. В этих случаях целесообразно использовать двумерные или, в более редких случаях, трехмерные модели.

Двумерные и трехмерные модели экосистем опираются на результаты расчетов гидродинамики и теплового режима водоема. Модели для расчета гидродинамического и термического режимов достаточно хорошо разработаны и описаны в литературе. На практике в связи с разными временными масштабами гидродинамических и биологиче­ских процессов, гидродинамика и термика водоема исследуются отдельно в рамках от­дельных блоков модели: полученные результаты усредняются по укрупненной простран­ственно-временной сетке и далее используются в гидробиологическом блоке модели. Практикуемое прямое заимствование гидрофизических параметров без предварительного усреднения, как правило, приводит к значительным ошибкам.

Построение и исследование многомерных моделей является достаточно дорого­стоящим делом и требует- мощной вычислительной техники и длительных расчетов. По­строение таких моделей имеет смысл только при крупномасштабных исследованиях во­доемов, имеющих важное хозяйственное или природоохранное значение.

Подводя итоги краткого рассмотрения имитационных моделей, мы можем сде­лать дна вывода: имитационные модели могут быть весьма полезны при анализе со­стояния природных жосиетем и прогнозе их изменений в результате хозяйственной деятельности человека, тем не менее уровень имитационного модел-ния еще несо­вершенен и необходима значительная работа по разработке общих методов построения имитационных моделей природных процессов.