Дарья Гладских: Математическое моделирование термогидродинамики и биогеохимии озер и водохранилищ с применением вычислительной технологии LIMNIS

Доклад Дарьи Гладских был посвящен вычислительной технологии LIMNIS, предназначенной для исследования термогидродинамики и биогеохимии озер и водохранилищ. Технология объединяет в одном программном комплексе полные трехмерные и упрощенные одномерные и «один плюс мерные» постановки. Взаимосвязанные блоки описывают движение и температуру воды, турбулентное перемешивание, лед и снежный покров, а также перенос и превращения метана, кислорода, неорганического и органического углерода и фитопланктона. Такая связь позволяет учитывать, например, влияние турбулентности на газообмен и влияние хлорофилла на поглощение солнечной радиации.

Одним из центральных вопросов стало соотношение между детальностью модели и свойствами конкретного водоема. На примере Рыбинского водохранилища докладчица показала, что даже в сравнительно мелководном и часто перемешанном водоеме трехмерная постановка необходима для описания горизонтальной неоднородности, сейшевых колебаний и сложного рельефа дна. Затопленные речные русла образуют глубокие участки, где при осеннем охлаждении дольше сохраняется тепло; это отражается на расчетной генерации и распределении метана. Одномерная модель, не учитывающая эти процессы, давала заметные ошибки в температуре и биогеохимических характеристиках.

Другой пример был связан с мелкими полимиктическими термокарстовыми озерами около поселка Тазовский. Для них трехмерная модель воспроизвела суточный ход температуры и наблюдаемые потоки метана, после чего был испытан одномерный прототип. Упрощенная постановка оказалась пригодной для основных характеристик таких озер, однако потребовала коррекции поступления метана с наклонного дна. Дальнейшее развитие LIMNIS включает более физически обоснованное представление донных источников, параметризацию сейшевых эффектов, расчеты отклика водоемов на климатические изменения и вычислительно эффективные параметризации для моделей земной системы.

В дискуссии участник семинара отдельно отметил высокую пространственную неоднородность концентраций и потоков метана в водохранилищах и недостаток сведений о донных отложениях. Дарья уточнила, что для Рыбинского водохранилища прямых измерений метана для проверки расчета не было: модель сопоставлялась с измерениями кислорода. Поэтому представленные оценки метана следует рассматривать как модельный результат, требующий дальнейшей проверки специализированными наблюдениями.