1vvedenie_v_ekologicheskoe_modelirovanie

Рисунок 9.6 - Динамика продвижения фронтов осеннего терм о- бара: распределение температуры во ды в Телецком озере на 20 и 25 ноября 1968 г

239

240

Рисунок 9.7 - Сопоставление вычисленных (сплошные линии) и измеренных (квадратики) вер тикальных профилей температуры в Телецком озере на 20.06.68, 20.07.68, 20.08.68, 20.09.68, 20.10.68 и 20.11.68 для рейдовой вер тикали № 26 (последовательно слева направо и свер ху вниз)

241

242

Рисунок 9.8 - Сопоставление вычисленных и измеренных вертикальных профилей температуры в Телецком озере на 20.08.68 для ре й- довых вертикалей № 22, № 24, №6, № 26, № 13 и № 27 (последовательно слева направо и свер ху вниз; см. рисунок 9.1)

243

Рисунок 9.9 - Изменение то лщины льда во времени в Телецком озере около поселка Яйлю (вер тикаль № 6). Сплошная линия - вычисленные значения толщины льда , кружки - данные наблю дений

Рисунок 9.10 - Распределения вычисленных значений толщины льда по длине Телецкого озера (с севера на юг) на 20 -ые числа ноября (XI), декабря (XII), января (I), февраля (II), марта (III), апреля (IV), мая

(V). Сплошные линии о тносятся к четным месяцам, пунктирные - к нечетным.

ЛИТЕРАТУРА

244

1. Архипов Б.В., Со лбаков В.В. Расчет термодинамического режима водоема по двумерной модели. Известия АН. Физика атмосферы и океана, том 30, № 5, 1994, с. 671-685.

2. Васильев О.Ф., Квон В.И., Макаров И.И. Гидротермич е- ский режим водоемов-о хладителей тепловых и атомных э лектростанций. Известия АН СССР. Энергетика и транспорт}, № 4, 1976, с . 102110.

3.Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Часть 2. М.: Мир,

1986, 415 с.

4.Голубев В.А. Геотермия Байкала. Новосибирск: Наука , СО,

1982.

5.Дмитриев.Н.В. Моделирование термодинамики приповер хностного слоя во доема при образовании и таянии льда. Метеорология и гидрология, № 7, 1995, с. 68-76.

6.Зилитинкевич С.С. Проникающая турбулентная конвекция. Таллинн: Валгус, 1989.

7.А.Т.Зиновьев. Моделирование ледо термического режима

Телецкого озера. Материалы международного симпозиума "Гидрологические и экологические процессы в водоемах и их водосборных ба с- сейнах", Тезисы докладов, Новосибирск, 1996, с. 34-34.

8.Игнатова Г.Ш., Квон В.И. Одномерная модель сезонного термоклина в озерах. Водные ресурсы, № 6, 1979, с . 118-126.

9.Kvon V.I. Hydrothermal simu lation of turbulent temperature

stratified flows in water bodies. Proceedings of the XX IAHR, vol. IV, Moscow, 1983, pp. 10-19.

10.В.И.Квон, Д.В.Квон. Численный анализ механизма глуб о- кого проникновения повер хностных вод в прибрежной зоне озера в период весенне-летнего термобара. Вычислительные техно логии, том 2, № 5, 1997, с. 46-56.

11.Д.В.Квон, В.И.Квон, А.Н.Семчуков. Численный расчет продольно-вер тикальной термической структуры Телецкого озера в годовом цикле. Вычислительные техно логии т. 5, № 3, 2000, с. 29-45.

12.Квон Д.В. Численное моделирование сезонных изменений температуры воды в Телецком озере. Вычислительные техно логии, том 1, № 1, 1996, с . 48-56.

13.Квон Д.В., Квон В.И. Численный расчет стоковых и термогравитационных течений в Телецком озере. Метеорология и гидрология, № 6, 1998, с. 68-76.

14.Марчук Г.И. Численное решение задач динамики атмосф е- ры и океана., Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

245

15.Марчук Г.И. Численные алгоритмы решения уравнений прогноза погоды. Докл.АН СССР, том 156}, № 2, 1964.

16.Материалы наблю дений на озерах и во до хранилищах. До-

полнение к Гидроло гическому Ежего днику, том 6, вып. 0, Г лавное управление гидрометеорологической службы при СМ СССР, Западно - Сибирское управление гидрометеорологической службы. Озерная станция Яйлю , 1968.

17. Материалы наблю дений на озерах и во до хранилищах. Дополнение к Гидроло гическому Ежего днику, том 6, вып. 0, Г лавное управление гидрометеорологической службы при СМ СССР, Западно - Сибирское управление гидрометеорологической службы. Озерная станция Яйлю , 1969.

18.Озмидов Р.В. Горизонтальная турбулентность и горизо н- тальный обмен в океане. -М.: Наука, 1968, 200 с .

19.Роди В. Модели турбулентности окружающей среды. В кн.:

Методы расчета турбулентных течений. М .: Мир, 1984, с . 227-322.

20.Селегей В.В., Селегей Т.С. Телецкое озеро. Л.: Гидром е- теоиздат, 1978, 142 с.

21.Цветова Е.А. Численная модель термобара в озере Байкал. Метеорология и гидрология, № 9, 1997, с. 58-68.

22.Lars Bengtsson. Mixing in ice covered lakes. Abstracts of the

first international lake Ladoga simposium 1993, Joensuu 1995, pp. 76-76.

23.Ryan P.J., Harleman D.R.F, Stolzenbach K.D. Surface heat loss fro m cooling ponds. Water resources research. vol. 10, № 5, 1974.

24.Vasiliev O.F., Kvon V.I., Chernyshova R.T. Mathemat ical modelling of the thermal pollution of a water body. Proc. of the XV IA HR Congress, Istanbul, vol. 2, 1973, pp. 129-137.

25.Wake A., Ru mer R.R. Modeling ice reg ime of lake Erie. J.

Hyd. Div. ASCE, vol. NHY7, № 105, 1979, pp. 827-844.

26. Walker S.J., Watts R.G. A three-d imensional nu merical model of deep ventilation in temperate lakes. Journal of geophysical research, vol.

100, № C11, 1995, pp. 711-22.

27. Wunderlich W.O. Heat and mass transfer between a water su r- face and the atmosphere. Laboratory Report TVA Engineering laboratory № 14}, Norris, 1972.

246

10 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИИ РЕК И ОЗЁР

1 МОДЕЛИРОВА НИЕ

Что такое модель:

-небольшая масштабная копия чего-либо;

-текст, дающий описание чего -либо (эко логи, географы, социологи пишут для то го чтобы понять, составить ко нцепции);

-множество концепций, переведенное или не переведенное в математические уравнения.

Я остановлюсь на математическом моделировании экологич е-

ских процессов рек и озер.

Давайте построим модель M(L, Q*), (рисунок 10.1) которая б у- дет являться соответствующим отображением реки или озера L, м о- дель ко торая составляется, ч тобы дать ответ на вопрос Q, совместимый с моделью M, извлеченный из вопроса Q*.

Эта модель даст ответ R в вир туальном мире, который мы должны будем перевести в реальный мир.

Рисунок 10.1 – Мо делирование

247

1.1 Моделирование экосистем рек и озер

Моделирование экосистем рек и озер подразумевает большое множество взаимодействующих процессов, включая физические, химические и биологические.

Каждый процесс через концепцию будет описан уравнениями. Уравнения связываю т переменные, переменные состояния и выну ж- дающие переменные (forcing variables). Переменные состояния включают неизвестные , результаты полученные с помощью модели. Вынуждающие переменные включаю т входные данные. Параметры – это числа, используемые в уравнениях, их значение измеряется, рассчитывается или берется из литературы.

1.2 Классификация физической и биоло гической комплексности

Следующий график (рисунок 10.2) дает простую классифика - цию типов эко логических моделей используемых для рек и озер.

Горизонтальная ось обозначает физическую дискретизацию о т 0D до 3D. OD значит, что рассматриваемый домен будет хорошо перемешан. 1D значит, ч то в домене мы принимаем гетерогенность только в одном направлении. 3D значит, ч то домен делится по трем направлениям. Каждый объем, где концентрация считается гомоге н- ной, называется репрезентативным элементарным объемом (РЭО). Способ, ко торым производится дискретизация, будет описан ниже.

Вертикальная ось обозначает возможную биологическую сложность экологических моделей. Она начинается с очень простой модели, подобной одной из разработанных Фоленвайдером (OECD, 1969) до комплексных моделей с сотнями переменных состояния. Далее я остановлюсь на этом подробнее.

248