Модельные оценки эвтрофикации Балтийского моря в современном и будущем климате

Санкт-Петербургская модель эвтрофикации Балтийского моря (SPBEM) используется для оценки экологического состояния моря при возможных изменениях климата и биогенных нагрузок в 21 столетии. Согласно модельным оценкам, в будущем климате качество воды будет ухудшаться по сравнению с современными условиями. Это ухудшение оказалось сильнее в случае использования сценария потепления климата с более сильным изменением приземной температуры воздуха. При рассмотренных сценариях изменения климата, его потепление приведет к увеличению площади бескислородных и гипоксийных зон. Уменьшение биогенной нагрузки, предполагаемое в Плане Действий по Балтийскому морю, сможет лишь частично компенсировать негативные последствия потепления климата.

Модельные оценки влияния полихет Marenzelleria spp. на будущее состояние экосистемы Финского залива в условиях изменения климата.

Для оценки воздействия полихет Marenzelleria spp. на эволюцию экосистемы Финского залива используется трехмерная эко-гидродинамическая модель эвтрофикации Балтийского моря SPBEM. Эффекты биоирригационной активности Marenzelleria spp. учитываются путем введения оригинальной параметризации в подмодель бентосного слоя. Выполнены два численных эксперимента для периода с 2007 по 2040 гг.: без учета биоирригационной активности Marenzelleria spp. (сценарий С1) и c их учетом (сценарий С2) при одном и том же сценарии изменения климата и биогенных нагрузок. Показано, что присутствие полихет Marenzelleria spp. в донных отложениях в будущем может привести к снижению всех основных показателей эвтрофикации в Финском заливе, особенно сильному для азотфиксации (на 29%) и биомассы сине-зеленых водорослей (на 28 %), т.е. деятельность Marenzelleria spp. способствует улучшению состояния экосистемы моря, снижая интенсивность эвтрофирования Финского залива.

Оценки влияния ледового покрова на первичную продукцию фитопланктона в Баренцевом море (по результатам трехмерного моделирования).

Рассчитанная поверхностная концентрация хлорофилла «а» (мг м^-3) 7 июня 1998 г. Толстая и тонкая линии – граница паковых льдов (C_i= 0.8) и маргинальной ледовой зоны (C_i= 0.15)

Для получения этих оценок привлекается трехмерная эко-гидродинамическая модель, основанная на модели океана Принстонского Университета, и включающая блок морского льда и 11-компонентный блок морской пелагической экосистемы. Сравнение результатов расчета для периода 1998-2007гг. со спутниковыми данными показало, что модель воспроизводит основные черты эволюции поверхностной температуры, границы сезонного ледового покрова, поверхностной концентрации хлорофилла «а» и первичной продукции фитопланктона (ППФ) в Баренцевом море. Показано, что весенне-летняя вспышка фитопланктона в районах Баренцева моря, покрытых льдом, происходит в период интенсивного разрушения ледового покрова в его маргинальной зоне. В частности, как видно на рис.1, 7 июня 1998г., когда значительная часть моря была покрыта льдом, области максимальных значений концентрации хлорофилла «а» располагались в маргинальной зоне ледового покрова и на открытой воде в центральной части моря.

Модельные оценки средней годовой ППФ всего моря APPmod оказались в 1.5-2.3 раза больше аналогичных оценок APPdata по спутниковым данным. Основные причины расхождения оценок следующие: 1) APPdata относятся к открытой воде, тогда как APPmod – ко всей акватории моря; и 2) оценки APPdata занижают ее значения из-за подповерхностного максимума хлорофилла. За период 1998-2007гг. максимальная в сезонном цикле модельная площадь льда в море уменьшилась примерно на 15%. Это уменьшение сопровождалось увеличением средней годовой ППФ моря на 54 и 63 % соответственно по спутниковым данным и модельным расчетам для открытой воды. Согласно модельным расчетам для всей акватории моря, это увеличение составляет только 19%. Поэтому адекватные оценки первичной продукции в покрытых льдом морях могут быть получены только на основе эко-гидродинамических моделей, включающих морской лед.

Рисунок 1. Карта глубин модельных областей: а - северная часть Ботнического залива и б - район вблизи мыса Ханхикиви. Белыми и красными кружками указано положение береговых и океанографических гидрометеорологических станций наблюдений. Отдельно показано положение будущей АЭС «Ханхикиви-1». На фрагменте 1б показана тонкая расчетная сетка для модели течений и ветровых волн.

Рисунок 2. Распределение среднемесячной толщины льда в окрестности будущей АЭС «Ханхикиви-1» для условий февраля 2010 (холодный год). (а) Фоновый сценарий без станции; (б) Прогностический сценарий с работающей станцией.

Оценка экстремальных гидрологических условий в Ботническом заливе Балтийского моря и влияния атомной электростанции «Ханхикиви-1» на локальный термический режим

Использование атомной энергии в настоящее время стало широко распространённым явлением в мире. Проектируются и строятся новые атомные электростанции (АЭС), в том числе расположенные на берегах морей, что обеспечивает свободный доступ к необходимой для охлаждения реакторов воде. 19 января 2016 г. было начато строительство АЭС "Ханхикиви-1", расположенной на восточном берегу Ботнического залива в Финляндии (рис. 1). Была выполнена серия численных экспериментов с различными моделями на вложенных сетках с целью оценить возможные экстремальные гидрометеорологические условия в районе строительства. Численные эксперименты проводились как для случая аналитически задаваемого внешнего воздействия, так и для реальных гидрометеорологических условий двух лет: холодного 2010-го и теплого 2014-го.

Установлено, что с точки зрения генерации ветровых волн в районе АЭС наиболее опасен северо-западный ветер с направлением 310°. Максимальные значения значительной высоты волн для ветра этого направления и скорости 10м с-1 вблизи АЭС составляют 1.2-1.4 м. Согласно оценкам, максимальное и минимальное значения уровня моря вблизи АЭС могут достичь 248 см и -151 см соответственно при западном и восточном ветрах. Постоянный сброс теплой воды в море с действующей АЭС приведет к сильному повышению температуры воды и исчезновению ледяного покрова на расстоянии около двух километров от станции (рис. 2). Эти эффекты необходимо принимать во внимание при оценках локальных изменений климата и морских экосистем в будущем.