Гидрологи и математики Карельского научного центра РАН разработали
численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Она позволяет
рассматривать различные сценарии трансформации ледового режима под
воздействием изменения климата.
Модель воспроизводит физические и биохимические процессы во льду,
учитывает их многолетнюю динамику и помогает прогнозировать время
образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства,
предотвращения загрязнения моря и повышения эффективности использования
водных ресурсов.
В последние десятилетия на Белом море лед образуется на неделю позже, а
весной начинает разрушаться на неделю раньше. Такие выводы ученые
делают благодаря сравнению современных спутниковых снимков с данными
60-70 годов прошлого века. Между тем, зимний режим Белого моря изучен
недостаточно, а его понимание, безусловно, важно для эффективного
использования водных ресурсов.
Чтобы оценить, как изменяются свойства морского льда в зависимости от
внешних условий среды, ученые Карельского научного центра РАН
разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря.
Основным исполнителем работы стал Илья Чернов, старший научный
сотрудник лаборатории моделирования природно-технических систем
Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН. Он
модифицировал известную физическую модель термодинамики Арктики
FEMAO (автор Н.Г. Яковлев, ИВМ РАН, г. Москва) и адаптировал ее под
условия Белого моря.
Для настройки модели использовался широкий спектр данных: содержание
биогенных и загрязняющих веществ, одноклеточных водорослей и других
организмов во льду. Образцы льда и воды были получены в ходе экспедиций
на Беломорской биологической станции ЗИН РАН на мысе Картеш в
Кандалакшском заливе и при исследовании устьевой области реки Кемь.
Помимо карельских ученых, в работах также принимали участие
специалисты Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и
Санкт-Петербургского филиала Института океанологии РАН.
В устьевой зоне реки Кемь были собраны пробы трех типов льда — речного, морского и льда из переходной зоны (река-море): они сильно отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам.
Зона смешения морской и пресной воды называется областью лавинной седиментации. Большая часть осадков твердых веществ в речном потоке оседают на границе реки и моря, часть из них уносится дальше, в том числе и загрязнители: тяжелые металлы и нефтепродукты. Модель позволяет отследить, как эти вещества переносятся с приливо-отливными течениями. Примерно также ведет себя и лед. Он состоит из льдин, которые переносятся течениями. С помощью модели можно оценить так называемый ледовый разнос.
Алексей Толстиков, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН
Ученые проверили, согласуются ли данные моделирования со спутниковыми
данными и результатами прямых измерений физических, биологических и
химических параметров во льду. Установлено, что модель достаточно точно
воспроизводит время образования льда и его разрушения, сплоченность
ледяного покрова Белого моря.
Другой рабочий инструмент — одномерная модель столба воды, подходящая для акваторий без сильных течений. Разработано руководство пользователя этой моделью и поэтому ее можно использовать не только для Белого моря, но и для других водоемов, в том числе пресноводных. Настроив параметры, можно рассчитать биогеохимические процессы для конкретного района водного объекта. Таким образом, модели могут стать инструментом для
практических и прогностических задач. Например, по заданным показателям можно будет найти участок акватории для разведения марикультуры.
Алексей Толстиков, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН
Полученные численные модели воспроизводят физические и биохимические
процессы во льду, учитывают их многолетнюю динамику и помогают
прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация
важна для судоходства, решения вопросов защиты морских конструкций в
зимнее время, предотвращения процессов загрязнения акватории и
повышения эффективности использования ресурсов моря.
Мы получили инструмент для ответа на вопрос: что будет, если усилится поступление определенных веществ в Белое море и как это отразится на ледяном покрове. Что будет происходить, если продолжится потепление климата? Будет ли это критично для конкретного участка акватории или экосистема справится с изменениями.
Алексей Толстиков, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН
Участники экспедиции Алексей Толстиков, Роман Здоровеннов, Егор Благодатских, Алексей Зимин
Исследование поддержано грантом РНФ № 22-27-20014 и Фондом венчурных инвестиций Республики Карелия.
Фото: А.Толстиков, А.Зимин, В.Швецова
Нет комментариев