Математическая модель динамики биогеохимических процессов в пресноводном озере с учетом кислорода при развитии термобара | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2025. № 93. DOI: 10.17223/19988621/93/4

Математическая модель динамики биогеохимических процессов в пресноводном озере с учетом кислорода при развитии термобара

Статья посвящена описанию негидростатической математической модели для воспроизведения биогеохимических процессов в пресноводном озере во время развития термобара с учетом динамики растворенного кислорода. Параметризация поступления атмосферного кислорода в озеро реализована через растворимость кислорода в воде и изменчивость скорости ветра на поверхности водоема. Биохимическая циркуляция кислорода описывается процессами фотосинтеза, дыхания, нитрификации и реминерализации. С помощью предложенной модели получены данные по распределению нитратов, аммония, фосфатов, фито- и зоопланктона для условий Баргузинского залива озера Байкал в период существования весеннего термобара.

Скачать электронную версию публикации

Загружен, раз: 7

Ключевые слова

термобар, растворенный кислород, биогеохимический цикл, математическая модель, численный эксперимент, экосистема водоема, озеро Байкал

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Цыденов Баир Олегович	Томский государственный университет	кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией вычислительной геофизики	tsydenov@math.tsu.ru
Деги Дмитрий Владимирович	Томский государственный университет	программист научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики	dimadegi@rambler.ru
Барт Андрей Андреевич	Томский государственный университет	кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики	bart@math.tsu.ru
Трунов Никита Сергеевич	Томский государственный университет	младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики	suslayndel@yandex.ru
Чуруксаева Владислава Васильевна	Томский государственный университет	кандидат физико-математических наук, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории вычислительной геофизики	chu.vv@mail.ru

Всего: 5

Ссылки

Ерина О.Н. Режим растворенного кислорода в стратифицированных водохранилищах Москворецкой системы водоснабжения г. Москвы: дис.. канд. геогр. наук. М., 2015. 188 с.

Palshin N., Zdorovennova G., Efremova T., Bogdanov S., Terzhevik A., Zdorovennov R. Dissolved oxygen stratification in a small lake depending on water temperature and density and wind impact // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2021. V. 937. Art. 032019.

Иванова М.Б. Продукция планктонных ракообразных в пресных водах. Л.: Наука и техника, 1985. 220 с.

Domysheva V., Vorobyeva S., Golobokova L., Netsvetaeva O., Onischuk N., Sakirko M., Khuriganova O., Fedotov A. Assessment of the current trophic status of the Southern Baikal littoral zone // Water. 2023. V. 15 (6). Art. 1139.

Tomberg I.V., Sorokovikova L.M., Popovskaya G.I., Bashenkhaeva N.V., Sinyukovich V.N., Ivanov V.G. Concentration dynamics of biogenic elements and phytoplankton at Selenga R. Mouth and in Selenga shallows (Lake Baikal) // Water Resour. 2014. V. 41 (6). P. 687-695.

Reynolds C.S. Phytoplankton assemblages and their periodicity in stratifying lake systems // Holarctic Ecol. 1980. V. 3 (3). P. 141-159. doi: 10.1m/j.1600-0587.1980.tb00721.x.

Shimaraev M.N., Granin N.G., Zhdanov A.A. Deep ventilation of Lake Baikal waters due to spring thermal bars // Limnol. Oceanogr. 1993, V. 38 (5). P. 1068-1072. 10.4319/ lo.1993.38.5.1068.

Troitskaya E.S., Shimaraev M.N. Cases of mass development of intrusions in Lake Baikal and the correlation of intrusions with atmospheric circulation processes // Limnology and Freshwater Biology. 2022. V. 6. P. 1712-1719.

Parfenova V.V., Shimaraev M.N., Kostornova T.Y., Domysheva V.M., Levin L.A., Dryukker V.V., Zhdanov A.A., Gnatovskii R.Yu., Tsekhanovskii V.V., Logacheva N.F. On the vertical distribution of microorganisms in lake Baikal during spring deep-water renewal // Microbiology. 2000. V. 69 (3). P. 357-363.

Fennel K., Wilkin J., Levin J., Moisan J., O'Reilly J., Haidvogel D. Nitrogen cycling in the Middle Atlantic Bight: Results from a three-dimensional model and implications for the North Atlantic nitrogen budget // Global Biogeochemical Cycles. 2006. V. 20 (3). GB3007.

Gan J., Lu Z., Cheung A., Dai M., Liang L., Harrison P.J., Zhao X. Assessing ecosystem response to phosphorus and nitrogen limitation in the Pearl River plume using the Regional Ocean Modeling System (ROMS) // J. Geophys. Res.: Oceans. 2014. V. 119 (12). P. 88588877.

Fennel K., Hu J., Laurent A., Marta-Almeida M., Hetland R. Sensitivity of hypoxia predictions for the Northern Gulf of Mexico to sediment oxygen consumption and model nesting // J. Geophys. Res.: Oceans. 2013. V. 118 (2). P. 990-1002.

Garcia H.E., Gordon L.I. Oxygen solubility in seawater: Better fitting equations // Limnol. Oceanogr. 1992. V. 37 (6). P. 1307-1312.

Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. P. 7373-7382.

Цыденов Б.О. Математическая модель транспорта растворенного кислорода при развитии термобара // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 86. С. 176-187.

Eppley R. W. Temperature and phytoplankton growth in the sea // Fish. Bull. 1972. V. 70 (4). P. 1063-1085.

The Engineering ToolBox. Oxygen - solubility in fresh and sea water vs. temperature. URL: https://www.engineeringtoolbox.com/oxygen-solubility-water-d_841.html (accessed: 14.08.2023).

Tsydenov B.O., Starchenko A. V. To the selection of heat flux parameterization models at the water-air interface for the study of the spring thermal bar in a deep lake // Proc. SPIE 9680, 96800H. 2015. P. 1-8.

Olson R.J. Differential photoinhibition of marine nitrifying bacteria: A possible mechanism for the formation of the primary nitrite maximum // J. Mar. Res. 1981. V. 39 (2). P. 227-238.

Orlanski I. A simple boundary condition for unbounded hyperbolic flows // J.Comput. Phys. 1976. V. 21 (3). P. 251-269.

Wilcox D.C. Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models // AIAA J. 1988. V. 26 (11). P. 1299-1310.

Holland P.R., Kay A., Botte V. Numerical modelling of the thermal bar and its ecological consequences in a river-dominated lake // J. Mar. Syst. 2003. V. 43 (1-2). P. 61-81.

Patankar S. Numerical heat transfer and fluid flow. CRC Press, 1980. 197 p.

Leonard B. A stable and accurate convective modeling procedure based on quadratic upstream interpolation // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1979. V. 19 (1). P. 59-98.

Ильин В.П. Методы неполной факторизации для решения алгебраических систем. М.: Физматлит, 1995. 288 c.

Shimaraev M.N., Verbolov V.I., Granin N.G., Sherstyankin P.P. Physical Limnology of Lake Baikal: A Review. Irkutsk-Okayama, 1994. 81 p.

Вотинцев К.К. Гидрохимия // Проблема: Байкала / ред. Г.И. Галазий, К.К. Вотинцев. Новосибирск, 1978. Т. 16, № 36. С. 124-146.

Расписание Погоды. URL: https://rp5.ru/(дата обращения: 14.08.2023).

Tsydenov B.O., Trunov N.S., Churuksaeva V.V., Degi D. V. Wind effects on deep convection in Lake Baikal during the autumnal thermal bar // Moscow University Physics Bulletin. 2024. V. 79 (2). P. 283-290.