ИСТИНА

В основе адаптивной модели морской экосистемы лежит идея максимально использовать данные наблюдений о химико-биологических реакциях превращения веществ в морской среде для того, чтобы упростить построение динамических уравнений экосистемы. Такую возможность открывает метод адаптивного баланса влияний, в котором используются обыкновенные дифференциальные уравнения специального (логистического) типа. Ассимиляция данных наблюдений в подобных моделях сводится к учету в уравнениях дополнительных функций источников, представляющих наблюдения. Одномерные по времени динамические модели экосистем могут быть использованы в каждом узле пространственной расчетной сетки, покрывающей область исследований. Располагая временными сценариями процессов в узлах сеточной области, можно перейти к построению карт пространственно-временных полей экосистемы. При этом пространственная динамика концентраций веществ в модели экосистемы может быть обеспечена путем ассимиляции расчетных данных о переносе и диффузии веществ, полученных из гидродинамической модели морской среды. Доклад посвящен реализации этой идеи на примере ассимиляции данных наблюдений и расчетных данных о динамике морской среды в адаптивной модели верхнего слоя моря, построенной для района северо-западного шельфа Черного моря (СЗШ ЧМ). Рассмотрен вывод уравнений метода адаптивного баланса влияний, автоматически сохраняющих материальные балансы превращения веществ в морской среде с учетом внешних влияний за счет отрицательных обратных связей между переменными модели и скоростями их изменения. В качестве схемы причинно-следственных связей между процессами в экосистеме применена известная модель верхнего слоя моря из статьи Фэшема, Даклоу и Мак-Кельви. В качестве внешних влияний использованы данные спутниковых наблюдений поля концентрации хлорофилла-а, выполненные в районе СЗШ ЧМ в 2012 году, а также расчетные данные о динамике морской среды, полученные по программе «Myocean». Основной проблемой применения метода адаптивного баланса влияний является оценка коэффициентов влияний по данным наблюдений. В докладе был опробован упрощенный метод оценки коэффициентов по нормированным отношениям средних значений моделируемых полей. Выполнен анализ литературных источников и определены средние многолетние значения полей концентраций фито-, зоо- и бактерио- планктона, нитратов, аммония и растворенного органического вещества районе СЗШ ЧМ по которым определены коэффициенты влияний модели. Приведены результаты вычислительных экспериментов, в ходе которых были исследованы устойчивость вычислительного алгоритма модели и ее чувствительность к усвоению информации. Ассимиляция спутниковых и расчетных данных позволила построить временные сценарии на каждый день 2012 года в узлах сеточной области, покрывавшей район СЗШ ЧМ. По этим сценариям были восстановлены карты моделируемых биохимических полей. Приведены примеры этих карт, построенных на 209 сутки 2012 года, которые демонстрируют определенное локальное подобие в ряде районов. В частности, выделяются особенности структуры полей у западной оконечности Крыма, которые обусловлены динамикой вод. Сделан вывод о возможности замены сложных параметризаций, применяемых при описании внутрисистемных взаимодействий в морской экосистеме, нормированными отношениями средних значений полей. Такая замена упрощает ассимиляцию данных спутниковых наблюдений и расчетных данных о динамике морской среды в адаптивной модели экосистемы.