Modelowanie ekosystemu

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Modelowanie ekosystemu"

Paulina Laskowska
8 lat temu
Przeglądów:

1 4 luty 28 Modelowanie ekosystemu dynamika procesów hydrodynamicznych i biologicznych w południowym Morzu Bałtyckim Lidia Dzierzbicka-Głowacka Robert Osiński Jaromir Jakacki Andrzej Jankowski Ania Przyborska Karol Kuliński Zakład Dynamiki Instytut Oceanologii PAN

2 Metodyka badań model matematyczny (dokładność i stabilność rozwiązania numerycznego, bardzo ważne prawidłowe określenie warunków początkowych i brzegowych) Trzy typy równań różniczkowych cząstkowych: 2ξ równanie falowe 2 V 2ξ 2 x S 2S K 2 x u u v x równanie adwekcji równanie dyfuzji Wielkoskalowy model nabiegania fali na porowatą plążę d 2Φ ( x) dx 2 gdzie: + D( x) [ dφ ( x) + E ( x )Φ ( x ) dx ] D( x) C ( x)c g ( x ) 1 dc ( x)c g ( x) dx E ( x) k 2 ( x) + iγ ( x )k ( x ) C i Cg są odpowiednio prędkościami fazową i grupową, zaś γ jest współczynnikiem dyssypacji wynikającej z załamania fali.

5 LEGEND Gauge 11 Gauge 12 Gauge 14 Wave gauge 23 m -1 1 15 2 Time [s] 25 3 Pressure [Pa] -1 Wave height [m]

3 Obliczenia wykonane na podstawie modelu (A. Przyborska, S. Massel) System 4-23m H.2[m],T8.[s] System 1-19m H.2[m],T8.[s] LEGEND Gauge 11 Gauge 12 Gauge 14 Wave gauge 23 m Time [s] 25 3 Pressure [Pa] -1 Wave height [m] Pressure [Pa] LEGEND Gauge 11 Gauge 12 Gauge Falowanie i oscylacja ciśnienia przed strefą załamania. 1 2 Time [s] 3 Oscylacja ciśnienia za strefą załamania. Uśredniony przepływ wody w gruncie.

4 Ogólny model ekosystemu Sb ( usb ) + ( vsb ) + ( [ w + wz ] Sb ) K x Sb + K y Sb + K z Sb + FSb + x y z x x y y z Model hydrodynamiczny: - równanie ruchu: 2u 2u u u u u 1 p u +u + v + w fv + KM + AM x y z ρ x z y x 2v 2v v v v v 1 p v + u + v + w + fu + KM + AM x y z ρ y z z y x - równanie ciągłości: u v w + + x y z - równania transportu ciepła i soli: 2T 2T T T T T T + u + v + w KH + AH x y z z x y 2S 2S S S S S S + u + v + w KH + AH x y z z x y Prognostycznymi zmiennymi są: poziome składowe prędkości u,v, pionowa składowa prędkości w, ciśnienie p, gęstość ρ, temperatura T i zasolenie S wody.

5 M o d e l h y d r o d y n a m i c z n y POPCICE typu Brayan Cox Semtner posłużył do analizy pól przepływów dla okresu 4-letniego M o d e l h y d r o d y n a m i c z n y POM typu Blumberg Mellor posłużył do symulacji numerycznych sytuacji hydrologicznych związanych z rozpoznaniem zjawisk występujących w polskiej strefie Bałtyku

6 M o d e l h y d r o d y n a m i c z n y POPCICE: zintegrowany model ocean-lód składa się z czterech części: atmosferycznej, oceanicznej, lodowej i łącznika Atmosfera ¹ cznik Ocean Lód

7 Ś r e d n i a 42 l e t n i a c y r k u l a c j a w ó d w B a ł t y k u (Osiński R. Jakacki J.) Średnie sezonowe i roczne wartości prędkości prądów powierzchniowych [cm/s]. Min zima Max Średnia Odchylenie standardowe 6,2 32,8 6,3 3,9 wiosna 18,9 3,3 2,2 lato 15,2 2,7 1,8 jesień 2,2 4,4 2,6 Rok 19,7 3,8 2,3 Średnia wieloletnia (196-21) prędkość przepływów [cm/s] na powierzchni ( 5 m).

Min zima Max Średnia Odchylenie standardowe 3,7 24,1 3,7 3,1 wiosna 13,9 2,2 1,8 lato 12,9 1,6 1,2

8 Ś r e d n i a 42 l e t n i a c y r k u l a c j a w ó d w B a ł t y k u (Osiński R. Jakacki J.) Średnie sezonowe i roczne wartości prędkości prądów w warstwie pośredniej [cm/s]. Min zima Max Średnia Odchylenie standardowe 3,7 24,1 3,7 3,1 wiosna 13,9 2,2 1,8 lato 12,9 1,6 1,2 jesień 14,7 2,6 2,5 Rok 13,6 2,3 1,8 Średnia wieloletnia (196-21) prędkość przepływów [cm/s] dla warstwy pośredniej (5 5 m).

9 Ś r e d n i a 42 l e t n i a c y r k u l a c j a w ó d w B a ł t y k u (Osiński R. Jakacki J.) Średnie sezonowe i roczne wartości prędkości prądów w warstwie głębinowej [cm/s]. Min Max Średnia Odchylenie standardowe zima 12,1 2, 1,8 wiosna 11,4 1,5 1,3 lato 11,6 1,1 1,13 jesień 6,2 1,1,9 Rok 8,2 1,5 1,2 Średnia wieloletnia (196-21) prędkość przepływów [cm/s] w warstwie głębinowej (5 m dno).

10 Obliczenia wykonane na podstawie modelu hydrodynamicznego POM (A. Jankowski) Rynna Słupska (głębokość 6 m) Lokalizacja punktów zrzutu traserów na Głębi Bornholmskiej (B1-B13) oraz w Rynnie Słupskiej (R1-R9) na tle batymetrii Bałtyku. Kolorem czarnym oznaczono punkty zrzutu zlokalizowane na głębokości 6 m, a kolorem niebieskim - na głębokości 7 m. Trajektorie traserów pasywnych (pozycja trasera co 6 godzin) zrzuconych na głębokości 6 m w punktach zlokalizowanych w Rynnie Słupskiej. Realne pole sił wymuszających dla lipca 198r. Trasery zrzucono w wybranych punktach i na danej głębokości w terminach:, 5, 1, 15, 2 i 25 dni od momentu startu symulacji prognostycznej.

Trajektorie traserów pasywnych (pozycja trasera co 6 godzin) zrzuconych na głębokości 6 m w punktach zlokalizowanych w Rynnie Słupskiej. Modelowe pole wiatru - wiatr E o sile.

11 Trajektorie traserów pasywnych (pozycja trasera co 6 godzin) zrzuconych na głębokości 6 m w punktach zlokalizowanych w Rynnie Słupskiej. Modelowe pole wiatru - wiatr E o sile.1 Nm-2 (warunki hydrologiczne dla lipca ). Trasery zrzucono w wybranych punktach i na danej głębokości w terminach:, 5, 1, 15 i 2 dni od momentu startu symulacji prognostycznej.

M o d e l b i o l o g i c z n y: Dzierzbicka L.

z { NutrP } { NutrP } Kz UPTP + Finf P + REL P + REMI P + EXC P

micro } { Z micro } Kz + ING FEC MET PRED z { Z meso } 6 Wi Z i

D REMD dt c o p e p o d dla wybranego gatunku mezozooplanktonu

12 M o d e l b i o l o g i c z n y: Dzierzbicka L. { NutrN } { NutrN } Kz UPTN + Finf N + REL N + REMI N + EXC N z z { NutrP } { NutrP } Kz UPTP + Finf P + REL P + REMI P + EXC P z { Phyt} { Phyt} { Phyt} + wz Kz + PRE RES MOR P GRA z z { Z micro } { Z micro } Kz + ING FEC MET PRED z { Z meso } 6 Wi Z i i 1 { B} { B} Kz + g B B - PRED B z M odel d { Detr} FP ( H ) + D REMD dt c o p e p o d dla wybranego gatunku mezozooplanktonu określający rozkłady mas i liczebności w poszczególnych stadiach rozwoju badanych osobników. { Z meso } 6 WZ i i i 1 Wi ING i FECi METi Zi Z K Z i + MIG i MOR i PRED i z Mesozooplankton Ad. Eggs Naup. C5 C4 C3 C2 C1

13 Waga i liczebność sześciu klas wiekowych Pseudocalanus minutus elongatus Waga i liczebność sześciu klas wiekowych Acartia spp.

14 Zintegrowana biomass sześciu klas wiekowych P.m.elongatus i Acartia spp.

15 Relacje funkcjonalne pomiędzy procesami fizjologicznymi a parametrami środowiska dla wybranego gatunku skorupiaków widłonogów g g max { 1 exp( ( Phyt Phyt ) / k Phyt ) } { ( { 1 exp( Phyt / { 1 exp( Phyt / { 1 exp( Phyt / for C 2 g log T 1 exp Phyt / logt for C 3 g log T for C 4 g logt for C 5 g log T log T log T log T )} )} )} )}

16 Znając wartości szybkość wzrostu g i średniej masy ciała W wyznaczono czas trwania rozwoju D rozwiązując numerycznie wielomiany stopnia Dn+d (Wi + Wi g max ) (1 + ) 2 n 1 d g max + g max + + g max + g max Wi + 1 Empiryczny model opisujący parametry wzrostu (czas trwania): D Dmin + exp ( a + b Phyt ) D a 1b log T + exp { a1 + b1 log T + ln ( a2 + b2 T ) Phyt }

17 P O C M o d e l Phyt Phyt Phyt + wz Kz + PRE RES MOR P GRA z z Z Z Kz + ING FEC MET PRED z z PDetr z PDetr PDetr K z + MOR PD + FEC TD + MOR TD wd ING D REMI D z POC Phyt Zoop PDetr + + (K. Kuliński, L. Dzierzbick

18 Model hydrodynamiczno biologiczny model ekosystemu : będzie składał się z pięciu części: atmosferycznej, oceanicznej, lodowej i łącznika oraz biologicznej. Atmosfera Model biologiczny ¹ cznik Ocean Lód

19 Lidia D zierzbicka-głowacka Zakład Dynamiki Pracownia Modelowania Procesów Ekohydrodynamicznych Instytut Oceanologii PAN Dziękuję za uwagę Institute of Oceanology PAS, Sopot, Poland

Podobne dokumenty

Obciążenia, warunki środowiskowe. Modele, pomiary. Tomasz Marcinkowski

Obciążenia, warunki środowiskowe. Modele, pomiary. Tomasz Marcinkowski 1. Obciążenia środowiskowe (wiatr, falowanie morskie, prądy morskie, poziomy zwierciadła wody, oddziaływanie lodu) 2. Poziomy obciążeń