Модельные оценки межгодовой изменчивости характеристик экосистемы Ладожского озера в период с 1980 по 2020 годы
https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-2
Аннотация
Многочисленные обобщения, основанные на натурных исследованиях, показывают, что пространственно-временное покрытие Ладожского озера данными наблюдений недостаточно для надёжной количественной оценки межгодовой изменчивости характеристик и биогеохимических потоков в экосистеме озера. В настоящей работе представлены оценки межгодовой динамики основных характеристик экосистемы и биогеохимических потоков в озере в период с 1980 по 2020 гг., полученные с помощью верифицированной трёхмерной эко-гидродинамической модели Ладожского озера. Выявлены особенности реакции экосистемы озера на снижение внешней фосфорной нагрузки на 39 % в течение исследуемого периода, которое сопровождается снижением биомассы и первичной продукции фитопланктона только на 30 %. Основным механизмом, объясняющим указанную реакцию экосистемы водоема, является увеличение скорости рециклинга за счет увеличения температуры воды в фотическом слое в вегетативный период, обусловленного изменением климата. Оценено время оборота фосфора в озере, которое составило примерно 5,4 года для рассматриваемого периода времени 1980–2020 гг.
Ключевые слова
межгодовая изменчивость,
экосистема,
биогеохимические потоки,
математическое моделирование,
Ладожское озеро
При поддержке: Исследование выполнено при поддержке грантов Российского научного фонда (проект № 23-17-20010) и Санкт-Петербургского научного фонда (проект № 23-17-20010).
Об авторах
А. В. Исаев
Институт Океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Исаев Алексей Владимирович, старший научный сотрудник, кандидат географических наук
WoS ResearcherID: C-1370–2014, Scopus AuthorID: 25641182000
г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36
В. А. Рябченко
Институт Океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Рябченко Владимир Алексеевич, главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук
WoS ResearcherID: R-3877-2016, Scopus AuthorID: 7005479766
г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36
Список литературы
1. Ладога / Под ред. В.А. Румянцева, С.А. Кондратьева. СПб.: Нестор-История, 2013. 468 с.
2. Современное состояние и проблемы антропогенной трансформации экосистемы Ладожского озера в условиях изменяющегося климата // Под редакцией С.А. Кондратьева, Ш.Р. Позднякова и В.А. Румянцева. М.: Изд. РАН, 2021. 640 с.
3. Поздняков Ш.Р., Кондратьев С.А., Расулова А.М., Коробченкова К.Д. Ладожское озеро — геостратегический водный объект Северо-Запада России и его зоны экологического риска // Гидрометеорология и экология. 2021. № 62. С. 139–161. doi:10.33933/2074–2762–2021–62–139–161
4. Петрова Н.А., Антонов С.Е., Протопопова Е.В. Структурные и функциональные характеристики фитопланктона // Ладожское озеро: критерии состояния экосистемы / под. ред. Н.А. Петровой, А.Ю. Тержевика. СПб., 1992. С. 119–145.
5. Поздняков Д.В., Коросов А.А., Петрова Н.А. и др. Исследование «гистерезисного» характера возвращения Ладожского озера из мезотрофного // Исследования земли из космоса. 2009. № 1. С. 45–59.
6. Летанская Г.И., Протопопова Е.В. Современное состояние фитопланктона Ладожского озера (2005–2009 гг.) // Биология внутренних вод. 2012. № 4. С. 17–24.
7. Петрова Н.А., Петрова Т.Н., Сусарева О.М., Иофина И.В. Особенности эволюции экосистемы Ладожского озера под влиянием антропогенного эвтрофирования // Водные ресурсы. 2010. Т. 37, № 5. С. 580–589.
8. Меншуткин В.В., Воробьева О.Н. Модель экологической системы Ладожского озера // Современное состояние Ладожского озера / Под ред. Н.А. Петровой и Г.Ф. Растлепиной. Л.: Наука, 1987. C. 187–200.
9. Rukhovets L.A., Astrakhantsev G.P., Menshutkin V.V. et al. Development of Lake Ladoga ecosystem models: modeling of the phytoplankton succession in the eutrophication process. I. // Ecological Modelling. 2003. Vol. 165(1). P. 49–77. doi:10.1016/S0304-3800(03)00061-9
10. Астраханцев Г.П. Моделирование экосистем больших стратифицированных озер / Г.П. Астраханцев, В.В. Меншуткин, Н.А. Петрова, Л.А. Руховец. СПб.: Наука, 2003. 363 с.
11. Menshutkin V.V., Astrakhantsev G.P., Yegorova N.B. et.al. Mathematical modelling of the evolution and current conditions of the Ladoga Lake ecosystem // Ecological Modelling. 1998. Vol. 107. P. 1–24. doi:10.1016/S0304-3800(97)00184-1
12. Rukhovets L., Filatov N. Ladoga and Onego — Great European Lakes: Observations and modeling / Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. 2010. doi:10.1007/978-3-540-68145-8
13. Исаев А.В., Рябченко В.А., Коник А.А. Воспроизведение современного климатического состояния экосистемы Ладожского озера // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024. Т. 17, № 2. С. 50–65. doi:10.59887/2073-6673.2024.17(2)-5
14. Marshall J., Adcrof A., Hill C., et al. A finite-volume, incompressible Navier Stokes model for studies of the ocean on parallel computers // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1997. Vol. 102, N C3. P. 5753–5766. doi:10.1029/96JC02775
15. Marshall J., Hill C., Perelman L. et al. Hydrostatic, quasi-hydrostatic, and nonhydrostatic ocean modeling // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1997. Vol. 102, N C3. P. 5733–5752. doi:10.1029/96JC02776
16. Savchuk O.P. Nutrient biogeochemical cycles in the Gulf of Riga: scaling up field studies with a mathematical model // Journal of Marine Systems. 2002. Vol. 32(4). P. 253–280. doi:10.1016/S0924-7963(02)00039-8
17. Исаев А.В., Савчук О.П., Филатов Н.Н. Трехмерная ретроспективная оценка биогеохимической динамики азота и фосфора в экосистеме Онежского озера за период с 1985 по 2015 гг. Часть I: Межгодовая изменчивость и пространственное распределение // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 2. С. 76–97. doi:10.59887/fpg/e1m2-63b5-rhvg
18. Савчук О.П., Исаев А.В., Филатов Н.Н. Трехмерная ретроспективная оценка биогеохимической динамики азота и фосфора в экосистеме Онежского озера за период с 1985 по 2015 гг. Часть II: Сезонная динамика и пространственные особенности; интегральные потоки // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 2. С. 98–109. doi:10.59887/fpg/9mg5-run6-4zr8
19. Sterner R.W., Elser J.J. Ecological stoichiometry: The biology of elements from molecules to the biosphere. Princeton University Press, 2002. 464 p.
20. Reynolds C.S. The ecology of phytoplankton. Cambridge: Cambridge University Press, 2006. doi:10.1017/CBO9780511542145
21. Sterner R.W., Andersen T., Elser J.J. et al. Scale-dependent carbon: nitrogen: phosphorus seston stoichiometry in marine and freshwaters // Limnology and Oceanography. 2008. Т. 53, № 3. С. 1169–1180. doi:10.4319/lo.2008.53.3.1169
22. Sterner R. C: N: P stoichiometry in Lake Superior: freshwater sea as end member // Inland Waters. 2011. Vol. 1(1). P. 29–46. doi:10.5268/IW-1.1.365
23. Bergström A.-K., Karlsson J., Karlsson D. et al. Contrasting plankton stoichiometry and nutrient regeneration in northern arctic and boreal lakes // Aquatic Sciences. 2018. Vol. 80, N2. P. 24. doi:10.1007/s00027-018-0575-2
24. Menden-Deuer S., Lessard E.J. Carbon to volume relationships for dinoflagellates, diatoms, and other protist plankton // Limnology and Oceanography. 2000. Vol. 45, N3. P. 569–579. doi:10.4319/lo.2000.45.3.0569
Рецензия
Для цитирования:
Исаев А.В., Рябченко В.А. Модельные оценки межгодовой изменчивости характеристик экосистемы Ладожского озера в период с 1980 по 2020 годы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024;17(4):32-42. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-2
For citation:
Isaev A.V., Ryabchenko V.A. Model estimates of interannual variability of the Lake Ladoga ecosystem characteristics in the period from 1980 to 2020. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2024;17(4):32-42. (In Russ.) https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-2
Просмотров:
124
Послать статью по эл. почте 