INTEGRATED PROCESSES MODELING IN MARINE ECOSYSTEMS
Keywords:
object-oriented model, ecosystem stability, assimilation of observationsAbstract
Different models of integrated (averaged to the certain space-time scales) processes in marine ecosystems are considered. The object-oriented model (OOM) of plankton association in shelf water is developed, complemented by a hydrochemical block, which describes the cycles of nitrogen and sulphur in aerobic and anaerobic terms. Hydrodynamics of the system is described by an integral two layers model taking into account influence of atmospheric changeability on development of integrated processes. OOM is used for the imitation of development of hypoxia in the period of the spring-summer warming up on shoal, and also oxygen production and consumption in the aerobic and anaerobic zones. The mathematical model of the system “phytoplankton-zooplankton-fish-fishing” is build. The reaction of such systems on periodic and impulsive influences on their stationary states is studied. On the example of ecosystem of the Northwestern shelf of the Black sea (SWS BS) the possible consequences of commercial catch of anchovy for evolution of the ecosystem to it stationary state are shown. The dynamic-stochastic model (DSM) of integrated processes in the SWS BS ecosystem is offered. Dynamic part of the model contains seven variables: concentration of phyto- and zooplankton (two species), larvae of fishes and fishes, nutrients and detritus. With its help the long-term (averaged over many years) scenarios of the concentrations’ variability in the sea were simulated, and deviations from these scenarios, observed for a concrete year. Cross correlations between the deviation processes are used for assimilation of simulated observations. Conclusion about
perspective of integrated description of processes in marine ecosystems, based on the object-oriented and dynamicstochastic modeling, is made.
References
Васечкина Е. Ф. Интегральная модель деятельного слоя Чёрного моря // Морск. гидрофиз. журн. – 1985. – № 6. – С.23 – 29.
Васечкина Е. Ф., Ярин В. Д. Объектноориентированная модель функционирования планктонного сообщества шельфа // Морск. гидрофиз. журн. – 2004. – № 6. – С. 43 – 61.
Виноградов М. Е. Динамические модели пелагических экосистем.//Модели океанических процессов / Ред. Виноградов М.Е., Монин А.С., Сеидов Д.П. – М. Наука, 1989. – С. 252 – 259.
Грезе В. Н., Богуславский С. Г., Беляков Ю. М. и др. Биологическая продуктивность Чёрного моря / ─ Киев: Наук. думка, 1979. – 391 с.
Дебольская Е. И., Якушев Е. В. Моделирование формирования заморов и анаэробных условий в водных экосистемах. // Наука Кубани. – 2000. – № 4. – C. 19 – 35.
Еремеев В. Н., Васечкина Е. Ф., Игумнова Е. М. и др. Системное моделирование морских эколого-экономических процессов. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. – 420 с.
Еремеев В. Н., Игумнова Е. М., Тимченко И. Е. Моделирование причинно-следственных связей в морских экосистемах. // Морск. экол. журн. – 2002. – I, № 1. – С. 16 – 32.
Еремеев В. Н., Игумнова Е. М., Тимченко И. Е. Прибрежная зона моря как эколого-экономическая система. // Морск. экол. журн. – 2004. – 3, № 4. – С. 5 – 33.
Еремеев В. Н., Игумнова Е. М., Тимченко И. Е. Моделирование эколого-экономических систем. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. – 320 с.
Игумнова Е. М, Тимченко И. Е. Имитационное моделирование условных ресурсных довательностей. потенциалов природной среды // Морск. гидрофиз. журн. – 2006. – № 2. – С. 24 – 42.
Колмогоров А. Н. Интерполирование и экстраполирование стационарных случайных после //Изв. АН СССР. Серия матем. – 1941. – 5. – С. 3 – 11.
Коротаев Г. К., Еремеев В. Н. Введение в оперативную океанографию Чёрного моря. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. – 382 с.
Латун В. С. Устойчивость системы фитопланктон- зоопланктон- рыба // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Вып. 10. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. – С. 211 – 218.
Латун В. С. реакция системы фитопланктон – зоопланктон – рыба – рыбный промысел на кратковременные изменения вылова хамсы // Системы контроля окружающей среды. – Севастополь: МГИ НАН Украины. – 2004. – С. 179 – 183.
Любарцева С. П., Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б. Экологическая трехмерная численная модель Чёрного моря. Сезонная эволюция эвфтропной зоны // Морск. гидрофиз. журн. – 2000. – №5. – С. 55 – 80.
Ляхин Ю. И. О скорости обмена кислородом между океаном и атмосферой // Океанология – 1978. – № 6. – С. 1014 – 1021.
Математические модели в биологической океанографии. – Под ред. Т. Платта, К.Х. Манна, Р.Е. Улановича. – Париж: Изд. ЮНЕСКО, 1984. –195 с.
Маштакова Г. П.. Суточная динамика фитопланктона в Чёрном море. – Тр. Аз.-Черн. ин-та рыб. хоз-ва и океанографии. – 1968. – Вып.27. – С. 60 – 72.
Свирежев Ю. М., Логофет Д. О. Устойчивость биологических сообществ. – М.: Наука, 1978. – 352 с.
Тимченко И. Е. Системные методы в гидрофизике океана. – Киев: Наук. думка, 1988. – 225 с.
Тимченко И. Е., Игумнова Е. М., Тимченко И. И. Системный менеджмент и АВС-технологии устойчивого развития. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2000. – 225 с.
Фёдоров В. Д., Гильманов Т. Г. Экология. – М.: Изд-во МГУ, 1980. – 464 с.
Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Сосик Х. М., Бастюрк О. Изменчивость фотосинтетических параметров фитопланктона в поверхностном слое Чёрного моря // Океанология. – 2002. – № 1. – С. 60 – 74.
Якушев Е. В., Михайловский Г. Е. Моделирование химико-биологических циклов в Белом море. Расчёт сезонной изменчивости фосфора, азота и кислорода. // Океанология. – 1993. – № 5. – С. 695 –702.
Якушев Е. В., Неретин Л. Н., Волков И. И. Математическое моделирование трансформации соединений азота и восстановленной серы в аэробных, анаэробных и переходных между ними условиях на примере редокс-зоны Чёрного моря // Геохимия – 1994. – № 10. – С. 1489 – 1502.
Baird М. Technical Description of the Ecological Model. – CSIRO Land and Water, Sydney. – 2001. – 35 p.
Fasham M. J. R., Ducklow H. W., Mckelvie S. H. A nitrogen-based model of plankton dynamics in the ocean mixed layer // J. Mar. Res. – 1990. – 48. – P. 591 – 639.
Klyashtorin L. B. Climate change and long-term fluctuations of commercial catches: the possibility of forecasting // FAO Fisheries Technical Paper. No 410. Rome, FAO, 2001. – 86 p.
Oguz T., Ducklow H. W, Malanotte-Rizoli P. Modeling distinct vertical biogeochemical coupling of the oxic? Suboxic, and anoxic layers // Global biochevical cycles. – 2000. – 14, № 4. – Р. 1331 – 1352
Timchenko I. E. Stochastic Modeling of Ocean Dynamics // Harwood Acad. Publ. Chur-London-Paris-New-York, 1984. – 320 p.
