Экология

Моделирование экосистем больших стратифицированных озёр
Научное издание

Астраханцев Г. П., Меншуткин В. В., Петрова Н. А., Руховец Л. А.

год издания — 2003, кол-во страниц — 363, ISBN — 5-02-024980-7, тираж — 565, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 480 гр., издательство — Наука. СПб

цена: 699.00 руб

Издание осуществлено при финансовой поддержке РФФИ по проекту №02-05-78064

Р е ц е н з е н т ы:
д-р биол. наук Е. А. Курашов (Ин-т озёроведения РАН)
д-р геогр. наук, проф. Н. Н. Филатов (Ин-т водных проблем Севера Кар. НЦ РАН)

Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная

Книга обобщает результаты многолетних исследований авторов по построению и использованию трёхмерных математических моделей гидротермодинамики, переноса примесей и моделей экосистемы больших стратифицированных озёр. Книга представляет читателю решение поставленной авторами задачи: создать комплекс математических моделей, с помощью которого можно на уровне имеющихся к данному моменту знаний об основных гидрофизических и гидробиологических процессах в больших стратифицированных озёрах адекватно воспроизвести гидротермодинамический режим и функционирование экосистем водоёма. Основное назначение комплекса — решение задач управления водопользованием, задач сохранения природных ресурсов больших озёр и прежде всего качества воды. Все конкретные реализации и расчёты проведены на материалах крупнейшего пресноводного водоёма Европы — Ладожского озера.

Авторы являются крупными специалистами в области математического моделирования, лимнологии и вычислительной математики. Все модели, вычислительные схемы и алгоритмы, представленные в монографии, являются оригинальными разработками авторов. Книга рассчитана на специалистов, аспирантов и студентов, изучающих и применяющих методы математического моделирования в задачах сохранения и использования водных ресурсов больших стратифицированных озёр.

The monograph summarizes the results of long-term studies performed by authors on the development and use of three-dimensional models of hydrodynamics and substance transport and models of the large lake ecosystem. It represents mathematical models that, being based on modern knowledge on main processes in great stratified lakes, allow adequately reproducing hydrodynamics and functioning of the lake ecosystem. The main purpose of this set is to solve tasks of sustainable management of water resources, to provide measures on conservation of natural values of large lakes the main of which is their water quality. All calculations were performed for the case of the greatest European freshwater reservoir, Lake Ladoga.

The authors are recognized experts in the field of modelling, limnology and numerical mathematics. The authors developed all models, numerical schemes and algorithms represented in the book. The monograph is aimed for experts, doctoral candidates and students studying and using methods of mathematical modelling in ecology and economics.

Предисловие	5
Введение	7

Г л а в а 1. Ладожское озеро — представитель великих озёр мира	17

1.1. Введение	17
1.2. Характеристики лимнических процессов в Ладожском озере	20
1.2.1. Термический режим	20
1.2.2. Лимнические зоны	23
1.2.3. Обеспеченность фосфором экосистемы озера	27
1.2.4. Фитопланктон в экосистеме и его сукцессия	29
1.2.5. Бактериопланктон и деструкционные процессы	37
1.2.6. Роль зоопланктона в экосистеме озера	40
1.2.7. Роль зообентоса в экосистеме озера	43
1.2.8. Растворённое органическое вещество	45
1.2.9. Роль сестона и донных отложений в круговороте фосфора
в озере	49
1.2.10. Основные тенденции развития экосистем больших
стратифицированных озёр	51

Г л а в а 2. Математическая модель циркуляции больших
стратифицированных озёр	57

2.1. Введение	57
2.2. Уравнения геофизической гидротермодинамики	59
2.3. Модель климатической циркуляции большого стратифицированного
озера	63
2.4. Обобщённые формулировки математической модели	71
2.5. Дискретная модель	74
2.5.1. Разностная схема для уравнения распространения тепла	77
2.5.2. Разностные схемы для уравнений движения	89

Г л а в а 3. Моделирование климатической циркуляции Ладожского озера	104

3.1. Климатическая циркуляция Ладожского озера	104
3.2. К постановке задачи о воспроизведении климатической циркуляции	107
3.3. Задание внешних воздействий на водоём	11З
3.4. Воспроизведение климатической циркуляции Ладожского озера	118
3.5. Описание и анализ результатов расчётов термического режима	121
3.6. Описание и анализ результатов расчётов течений	141

Г л а в а 4. Моделирование распространения примеси
в стратифицированном водоёме	153

4.1. Постановка задачи	153
4.2. Дискретная модель	154
4.3. Двумерная модель	158
4.4. Моделирование переноса примеси	164
4.5. Моделирование переноса пятна нефтяного загрязнения
по поверхности озера	167

Г л а в а 5. Трёхмерная модель экосистемы большого
стратифицированного озера	175

5.1. Введение	175
5.2. Общая формулировка математической модели экосистемы водоёма	177
5.3. Построение дискретных моделей	181
5.3.1. Разбиение области	182
5.3.2. Воспроизведение процессов переноса, турбулентной диффузии
и седиментации субстанций	184
5.3.3. Воспроизведение трансформации субстанций	188
5.3.4. Общее изменение содержания субстанций в ячейках
дополнительного разбиения	189
5.3.5. Дискретный аналог закона изменения общего содержания
субстанций в водоёме	189
5.3.6. Изменения дискретной модели при укрупнении разбиения
области	191

Г л а в а 6. Модель экосистемы Ладожского озера, основанная на
круговороте биогенов — фосфора и азота	195

6.1. Введение	195
6.2. Математическая формулировка модели	198
6.3. Дискретная модель	202

Глава 7. Комплекс моделей экосистемы Ладожского озера,
основанных на круговороте фосфора	212

7.1. Базовая модель комплекса	213
7.1.1. Экологическая формулировка модели	213
7.1.2. Математическая формулировка модели	215
7.1.3. Дискретная модель	217
7.1.4. Верификация модели	223
7.1.5. Воспроизведение эволюции экосистемы Ладожского озера	228
7.1.6. Моделирование обмена фосфором на границе вода-дно	236
7.2. Модель экосистемы, имеющая три трофических уровня	241
7.2.1. Математическая формулировка модели	242
7.2.2. Дискретная модель	243
7.2.3. Верификация модели	246
7.3. Модель сукцессии фитопланктона	251
7.3.1. Формулировка модели	253
7.3.2. Дискретная модель	256
7.3.3. Верификация модели	259
7.3.4. Воспроизведение сукцессии фитопланктона	263
7.4. Модель, включающая подмодель зообентоса	273
7.4.1. Введение	273
7.4.2. Математическая формулировка модели	275
7.4.3. Дискретная модель	277
7.4.4. Верификация модели	280

Г л а в а 8. Модель сообщества рыб Ладожского озера	286

8.1. Введение	286
8.2. Описание модели	289
8.3. Исследование модели	294
8.4. Краткое описание базы данных	302
8.5. Программная реализация модели	306

Г л а в а 9. Использование экономических механизмов в задачах
управления водопользованием для больших стратифицированных озёр	315

9.1. Введение	315
9.2. Нормативно-правовые основы водопользования в бассейне
Ладожского озера	319
9.3. Постановка задачи	321
9.4. Экономико-математическая модель функционирования
предприятия-водопользователя	324
9.5. Использование моделей в задачах сохранения водных ресурсов	331

Заключение	338
Conclusion	340
Литература	342

Книги на ту же тему

Экономико-математические исследования: математические модели и информационные технологии, 2000
Состояние экосистемы озера Неро в начале XXI века, Лазарева В. И., ред., 2008
Водная экотоксикология: Теоретические и прикладные аспекты, Моисеенко Т. И., 2009
Гидрофизика водоёмов суши, Одрова Т. В., 1979
Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования: в 2-х томах (комплект из 2 книг), Бахвалов Н. С., Воеводин В. В., Дымников В. П., ред., 2005
Численное решение задач гидромеханики, Рихтмайер Р., ред., 1977
Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой, Гусев Е. М., Насонова О. Н., 2010
Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии, Свирежев Ю. М., 1987
Модели в экологии, Смит Д. М., 1976
Испарение в атмосферу: Теория, история, приложения, Братсерт У. Х., 1985
Математическое моделирование в биологии и химии. Новые подходы, 1992
Математическое моделирование. Процессы в сложных экономических и экологических системах, Самарский А. А., Моисеев Н. Н., Петров А. А., 1986
Динамико-стохастическое моделирование формирования талого стока, Гельфан А. Н., 2007
Нелокальные математические модели переноса в водоносных системах, Сербина Л. И., 2007
Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах, Кудеяров В. Н., ред., 2007
Проблемы управления водными ресурсами Арало-Каспийского региона, Воропаев Г. В., Исмайылов Г. Х., Фёдоров В. М., 2003
Современные проблемы оценки водных ресурсов и водообеспечения, Болгов М. В., Мишон В. М., Сенцова Н. И., 2005
Анализ формирования стока равнинных рек, Попов Е. Г., 1956
Основы физики биосферы, Хильми Г. Ф., 1966
Зоопланктон равнинных малых рек, Крылов А. В., 2005
Биологические ресурсы Ладожского озера (зоология), Калесник С. В., ред., 1968
Структура и динамика зоопланктона Рыбинского водохранилища, Лазарева В. И., 2010
Зоопланктон озера Плещеево, Столбунова В. Н., 2006
Динамика биологического разнообразия и биоресурсов континентальных водоёмов, Алимов А. Ф., Голубков С. М., ред., 2012
Фитопланктон Нижней Волги. Водохранилища и низовье реки, Трифонова И. С., ред., 2003
Донные отложения Иваньковского водохранилища: состояние, состав, свойства, Бреховских В. Ф., Казмирук Т. Н., Казмирук В. Д., 2006
Биота в процессах массопереноса в водных объектах, Бреховских В. Ф., Казмирук В. Д., Вишневская Г. Н., 2008
Зарастающие водотоки и водоёмы: Динамические процессы формирования донных отложений, Казмирук В. Д., Казмирук Т. Н., Бреховских В. Ф., 2004
Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера, Ивантер Э. В., Медведев Н. В., 2007
Сообщества и популяции животных: морфологический и экологический анализ, Большаков В. Н., ред., 2010
Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем, Терехова В. А., 2007
Экономика водного хозяйства. — 4-е изд., перераб. и доп., Зузик Д. Т., 1980
Климаты аридной зоны Азии, Береснева И. А., 2006
Экосистема малой реки в изменяющихся условиях среды, Крылов А. В., Бобров А. А., ред., 2007

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Экология

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему