The modern state and perspective investigations of hydrophysical processes and ecosystems of inland waters (a review)
https://doi.org/10.7868/S2073667319010015
Abstract
The state of knowledge about the study of the hydrophysical processes and ecosystems of large lakes and the White Sea are considered. The data are presented that are needed for obtaining new knowledge necessary to create basic numerical models for predicting ecosystem changes with calibration and verification of numerical models. The advantages of setting up specialized surveys at research polygons in the lakes and the White Sea are demonstrated compared to organizing such experiments in the ocean. Both the traditional approaches to modeling physical-chemical-biological processes, and innovative developments for describing aquatic ecosystems where knowledge is lacking are represented, e.g. for the ice-covered winter conditions using so-called finite automata method. Ecosystem change estimates are suggested, to be applied for sustainable management and conservation of the resources of waterbodies. Information about the application of the cognitive approach in describing the socio-ecological-economic processes in the waterbody-catchment system is provided. The necessity of creating multipurpose polygons to create advanced technologies in the field of hydrology, oceanology, meteorology and climatology, and improvement of the monitoring system is substantiated. It is argued that the resources and capacities of various organizations need to be united to arrange integrated experiments and build models for dealing with the tasks of the rational management of internal waters.
About the Author
N. N. Filatov
Northern water problems institute of Karelian Research Centre Russian Academy of Sciences Petrozavodsk
Russian Federation
Russian Federation
Petrozavodsk
References
1. Меншуткин В. В., Филатов Н. Н. Некоторые итоги и перспективы изучения озер // Труды КарНЦ РАН. 2006. Вып. 9. Петрозаводск. C. 154—162.
2. Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 г. Распоряжение Правительства РФ от 27.08.2009. № 1235-р.
3. Саркисян А. С. Численный анализ и прогноз морских течений. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 134 с.
4. Марчук Г. И., Кондратьев К. Я., Козодеров В. В., Лаппо С. С., Саркисян А. С., Хворостьянов В. И. Энергоактивные зоны: концептуальные основы. Серия: Атмосфера, океан, космос. Программа «Разрезы». М.: ВИНИТИ, 1989. Т. II, Ч. II. 368 c.
5. Демин Ю. Л., Филатов Н. Н. Проект море-озеро как имитационная модель океана / Проект научной программы по исследованию роли энергоактивных зон океана (ЭАЗО) в колебаниях климата («Разрезы») / Под ред. Г. И. Марчука. М.: Гидрометеоиздат, 1989. C. 91—94.
6. Кондратьев К. Я., Адаменко В. Н., Власов В. П., Дружинин Г. В., Крейман К. Д., Поздняков Д. В., Румянцев В. Б., Тихомиров А. И., Филатов Н. Н. Большое озеро как имитационная модель океана. Л.: Наука, 1986. 63 c.
7. Madec G. NEMO ocean engine. Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL), France, N 27, ISSN No. 1288—1619. version 3.4. 2012. 120.
8. Mellor G. L. User`s guide for a three-dimensional, primitive equation, numerical ocean model. Princeton, Princeton University, USA, 1996. 39 p.
9. Beletsky D., Schwab D. J. Modeling circulation and thermal structure in Lake Michigan: Annual cycle and interannual variability // J. Geophys. Research. 2001, 106, 19, P. 745—771.
10. Dupont Frederic, Padala Chittibabu, Vincent Fortin, Yerubandi R. Rao, Yoyo Lu. Assessment of a NEMO-based hydrodynamic modeling system for the Great Lakes // Water quality research Journal of Canada. 2012, 43, 3—4, P. 98—214.
11. Рябченко В. А., Либерман Ю. М., Руховец Л. А., Астраханцев Г. П. и др. Прогноз погоды и состояние водных объектов Северо-Западного региона России на базе комплекса гидродинамических моделей. СПб.: Нестор-История, 2008. 60 с.
12. Ванкевич Р. Е., Софьина Е. В., Рябченко В. А. Воспроизведение весенне-летней эволюции термохалинной структуры в Финском заливе Балтийского моря на основе трехмерной гидродинамической модели высокого разрешения // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 2. C. 3—10.
13. Филатов Н. Н. Гидродинамика озер. СПб.: Наука, 1991. 191 с.
14. Саркисян А. С., Залесный В. Б., Дианский Н. А., Ибраев Р. А., Кузин В. И., Мошонкин С. Н., Семенов Е. В., Тамсалу Р., Яковлев Н. Г. // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. Т. 2. Математическое моделирование. Математические модели циркуляции океанов и морей. М.: Наука, 2005. C. 174—277.
15. Астраханцев Г. П., Меншуткин В. В., Петрова Н. А., Руховец Л. А. Моделирование экосистем больших стратифицированных озер. СПб.: Наука, 2003. 363 с.
16. Ладога / Под. ред. В. А. Румянцева, С. А. Кондратьева. СПб.: Нестор-История, 2013. 468 с.
17. Меншуткин В. В., Руховец Л. А., Филатов Н. Н. Моделирование экосистем пресноводных озер (обзор) 2 // Модели экосистем пресноводных озер. Водные ресурсы. 2014. Т. 41, номер 1. C. 24—38.
18. Shimaraev M. N., Verbolov V. I., Granin N. G., Sherstyankin P. P. Physical limnology of Lake Baikal: a review. Irkutsk-Okayama, 1994. Т. 2. 81 p.
19. Гранин Н. Г., Козлов В. В., Цветова E. A., Гнатовский Р. Ю. Полевые исследования и некоторые результаты численного моделирования кольцевой структуры оз. Байкал // ДАН. 2015. Т. 461, № 3. С. 343—347.
20. Nonlinear Internal Waves in Lakes / Ed. by Hutter K. Springer, 2012. 280 p.
21. Филатов Н. Н., Тержевик А. Ю. Совместный Российско-Швейцарcкий проект по исследованию зимнего режима Ладожского и Онежского озер // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2015. № 5. Серия Лимнология. C. 86—89.
22. Толстиков А. В., Чернов И. А., Мартынова Д. М. Решение проблемы необходимых данных для численного моделирования процессов в Белом море в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации // Арктика: экология и экономика. 2018. № 2 (30). C. 45—55.
23. Семенов Е. В. Основы динамики и мониторинга Белого моря / Диссертация на соискание ученой степени доктора физикоматематических наук. М., 2004. 190 с.
24. Родионов А. А., Зимин А. В., Никитин Д. А. Комплексные исследования гидродинамических и гидроакустических явлений в мезо- и субмезомасштабном интервале изменчивости гидрофизических полей в арктических морях (на примере Белого моря) // Фундаментальная и Прикладная Гидрофизика. 2015. Т. 8, № 4. C. 16—23.
25. Филатов Н. Н., Толстиков А. В., Богданова М. С. Создание информационной системы и электронного атласа по использованию ресурсов Белого моря и его водосбора // Арктика: экология и экономика. 2014. № 3 (15). C. 18—29.
26. Талипова Т. Г., Пелиновский Е. Н., Куркина О. Е., Диденкулова И. И., Родин А. А., Панкратов A. C., Наумов А. А., Гиниятуллин A. Р., Николкина И. Ф. Распространение волны конечной амплитуды в стратифицированной жидкости переменной глубины // Сборник научных статей «Современная наука». Нижний Новгород. 2012. № 2 (10). C. 144—150.
27. Бычков И. В., Никитин В. М. Регулирование уровня озера Байкал // География и природные ресурсы. 2015. № 3. C. 5—16.
28. Волженский М. Н., Родионов А. А., Семенов Е. В., Филатов Н. Н., Зимин А. В., Булатов М. Б. Опыт верификация оперативной модели мониторинга Белого моря в 2004—2008 гг. // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2009. Т. 5. C. 33—42.
29. Филатов Н. Н., Меншуткин В. В. Проблемы оценки изменений экосистем крупных стратифицированных водоемов под влиянием климата и антропогенных факторов // Ученые записки РГГМУ. 2017. № 48(9). C. 120—146.
30. Белое море и его водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов. Петрозаводск: Изд. КарНЦ РАН, 2007. 187 с.
31. Чернов И. А., Толстиков А. В., Яковлев Н. Г. Комплексная модель Белого моря: гидротермодинамика вод и морского льда // Труды КарНЦ РАН. Серия «Математическое моделирование и информационные технологии». 2016. № 8. C. 116—128.
32. Яковлев Н. Г. О воспроизведении полей температуры солености Северного Ледовитого океана. Ч. 1: Численная модель и среднее состояние / Изв.РАН. Сер. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 1. C. 100—116.
33. Модели и методы в проблеме взаимодействия атмосферы и гидросферы / Под ред. В. П. Дымникова, В. Н. Лыкосова, Е. П. Гордова Томск: Издательский Дом ТГУ, 2014. 524 c.
34. Filatov N., Terzevik A., Zdorovennov R., Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K. Field Studies of Non-Linear Internal Waves in Lakes on the Globe // Strongly nonlinear Internal waves in lakes: Generation, Transformation. Ch. 2. Springer, 2012. P. 25—106.
35. Руховец Л. А., Филатов Н. Н. Озера и климат: модели и методы // Модели и методы в проблеме взаимодействия атмосферы и гидросферы / Под ред. В. П. Дымникова, В. Н. Лыкосова, Е. П. Гордова. Томск: Издательский Дом ТГУ, 2014. C. 256—326.
36. Цветова Е. А. Математическое моделирование Байкальского термобара // Математические проблемы экологии: Тр. второй Всерос.конф. Новосибирск, 1994. C. 44—49.
37. Бондур В. Г., Филатов Н. Н., Гребенюк Ю. В., Долотов Ю. С., Здоровеннов Р. Э., Петров М. П., Цидилина М. Н. Исследования гидрофизических процессов при мониторинге антропогенных воздействий на прибрежные акватории (на примере бухты Мамала, о. Оаху, Гавайи) // Океанология. 2007. Т. 47, № 6. C. 827—846.
38. Ибраев Р. А. Математическое моделирование термогидродинамических процессов в Каспийском море. М.: ГЕОС, 2008.130 c.
39. Зверев И. С., Ушаков К. В., Шипунова Е. А., Голосов С. Д., Ибраев Р. А. Моделирование гидротермодинамики Ладожского озера // Всероссийская конференция по крупным внутренним водоёмам (V Ладожский симпозиум). Сборник научных трудов конференции. СПб.: Лема, 2016. C. 41—49.
40. Меншуткин В. В., Филатов Н. Н. Модель подледной экологической системы озера, основанная на применении клеточных автоматов // Труды Карельского научного центра РАН. 2016. № 5. С. 76—87. doi: 10.17076/lim329.
41. Savchuk O. P., Gustafson B. G., Muller-Karulis B. BALTSEM: A marine model for decision support within the Baltic Sea Region // BNI Technical Report 7. 2012. 59 p.
42. Hodges B. R., Imberger J., Saggio A., Winter K. B. Modelling basin-scale internal waves in a stratified lake // Limnology& Oceanography. 2000. V. 45, № 7. P. 1603—1620.
43. Тоффоли Е., Марголус Н. Машины клеточных автоматов. М.: Мир, современная наука. 1991. 283 с.
44. Афанасьев И. В. Клеточно-автоматная модель динамики популяций трех видов организмов озера Байкал // Сиб. журн. вычисл. Математики. Сиб. отд-ние РАН. Новосибирск, 2014. Т. 17, № 3. С. 217—227.
45. Wolfram S. A new kind of science. USA. WоlframsMedia. 2002. 1197 p.
46. Меншуткин В. В., Филатов Н. Н. Модели Ладожского озера с использованием трехмерных клеточных автоматов // Труды Карельского научного центра РАН. 2017. № 3. C. 1—10.
47. Баксанский О. Е., Гнатик Е. Н., Кучер Е. Н. Современные когнитивные концепции. М. 2010. 224 с.
48. Меншуткин В. В., Филатов Н. Н., Дружинин П. В. Состояние и прогнозирование социо-эколого-экономической системы водосбора Белого моря с использованием когнитивного моделирования // Арктика. Экология. Экономика. 2018. № 2 (30). C. 79—85.
49. Моделирование социо-эколого-экономической системы региона / Под ред. В. И. Гурман, Е. В. Рюмина. М.: Наука, 2003. 175 с.
50. Заде Л. А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию решений. М.: Мир. 1976. 165 с
51. Rukhovets L., Filatov N. (ed.) Ladoga and Onego — Great European Lakes. Observation and Modelling. Chichester. UK. SpringerPraxis, 2010. 302 p.
Review
For citations:
Filatov N.N. The modern state and perspective investigations of hydrophysical processes and ecosystems of inland waters (a review). Fundamental and Applied Hydrophysics. 2019;12(1):3-14. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S2073667319010015
Views:
186
Email this article 