Модельные оценки вкладов изменений климата и биогенной нагрузки в изменения экосистемы Ладожского озера в 1980–2020 гг.

Получены количественные оценки реакции экосистемы Ладожского озера на изменения климатических атмосферных воздействий и внешней биогенной нагрузки в период 1980–2020 гг. Для их получения использована трехмерная модель гидротермодинамики MITgcm, объединенная с биогеохимическим модулем SPBEM, адаптированным для фосфоро-лимитированных условий озера.

Численные эксперименты проведены по трем следующим сценариям: 1) опорному с заданием реалистичных изменений внешней биогенной нагрузки и атмосферных воздействий в 1980–2020 гг.; 2) с заданием реалистичных изменений внешней биогенной нагрузки и «среднего» внутригодового хода атмосферных воздействий для этого периода; 3) с заданием реалистичных изменений атмосферных воздействий и постоянной внешней биогенной нагрузки, равной среднему за рассматриваемый период значению.
Результаты работы демонстрируют выраженное доминирование внешней биогенной нагрузки как основного фактора, определяющего динамику характеристик экосистемы озера в 1980–2020 гг.

Вклад изменений климата в высоко детерминированные линейные тренды изменения зимней концентрации фосфатов, летней биомассы фитопланктона и годовой продукции фитопланктона в фотическом слое составил всего лишь соответственно 24 %, 10 % и 21 %. Согласно результатам расчётов, происходит заметное уменьшение указанных характеристик экосистемы озера во второй половине рассматриваемого периода 1980–2020 гг. При этом для продукции фитопланктона отмечается заметное (более 20 %) компенсирующее влияние климатических изменений, нивелирующее часть эффекта от снижения биогенной нагрузки.

Показано, что недиатомовые водоросли, вносящие основной вклад (63 %) в суммарную продукцию фитопланктона, сильно реагируют на климатические изменения температуры воды в рассматриваемый период. Диатомовые водоросли демонстрируют меньшую зависимость от климатических изменений, сохраняя тесную связь с зимними запасами фосфатов.

1. Ладога / Под ред. В.А. Румянцева и С.А. Кондратьева. СПб.: Нестор-История, 2013. 467 с.

2. Ладожское озеро и достопримечательности его побережья. Атлас / Под ред. В.А. Румянцева. СПб.: НесторИстория, 2015. 200 с.

3. Современное состояние и проблемы антропогенной трансформации экосистемы Ладожского озера в условиях изменяющегося климата // Под ред. С.А. Кондратьева, Ш.Р. Позднякова и В.А. Румянцева. М.: Изд. РАН, 2021. 640 с.

4. Летанская Г.И., Протопопова Е.В. Современное состояние фитопланктона Ладожского озера (2005–2009 гг.) // Биология внутренних вод. 2012. № 4. C. 17–24. EDN PFEZMX

5. 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. C. 580–589. EDN MVNXUZ

6. 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, No. C3. P. 5753–5766. https://doi.org/10.1029/96JC02775

7. Marshall J., Hill C., Perelman L., et al. Hydrostatic, quasi-hydrostatic, and nonhydrostatic ocean modeling // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1997. Vol. 102, No. C3. P. 5733–5752. https://doi.org/10.1029/96JC02776

8. 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. EDN MWTIKC. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(2)-5

9. 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, No. 4. P. 253–280. EDN LZXGTP. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(02)00039-8

10. Isaev A., Vladimirova O., Eremina T., et al. Accounting for dissolved organic nutrients in an SPBEM‐2 model: Validation and verification // Water. 2020. Vol. 12, No. 5. P. 1307. EDN NSXOTT. https://doi.org/10.3390/w12051307

11. Isaev A.V., Savchuk O.P., Filatov N.N. Three-Dimensional Hindcast of Nitrogen and Phosphorus Biogeochemical Dynamics in Lake Onego Ecosystem, 1985–2015. Part I: Long-Term Dynamics and Spatial Distribution // Fundamental and Applied Hydrophysics. 2022. Vol. 15, No. 2. P. 76–97. EDN BOSGAU. https://doi.org/10.48612/fpg/e1m2-63b5-rhvg

12. ECMWF: ECMWF Reanalysis v5 (ERA5). URL: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/dataset/ecmwf-reanalysis-v5 (дата обращения: 19.09.2025).

13. 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. Т. 17, № 4. С. 32–42. EDN EHTXVP. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2024.17(4)-2