Распределение и вертикальные потоки взвешенного органического вещества в Черном море по результатам численного моделирования

В. Л. Дорофеев, Л. И. Сухих✉

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: l.sukhikh@gmail.com

Аннотация

Цель. Изучение пространственного распределения, временной изменчивости и потоков взвешенного органического вещества в Черном море на основе численного моделирования – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Для оценки пространственного распределения и вертикальных потоков взвешенного органического вещества в верхнем 200-метровом слое используется модель нижнего уровня пищевой цепи экосистемы Черного моря. Чтобы расширить исследование на всю толщу Черного моря, была разработана модель, состоящая из уравнения эволюции концентрации взвешенного органического вещества в слое от 200 м до дна. В качестве коэффициентов этого уравнения и уравнений модели экосистемы использовались гидродинамические и термодинамические поля, являющиеся результатами выполненного ранее реанализа. Расчет проводился за период 2016–2020 гг. Получены концентрации и вертикальные потоки взвешенного органического вещества на регулярной сетке с дискретностью по времени в 1 сутки. Потоки взвешенного органического углерода, полученные по результатам численного моделирования, сравнивались с результатами обработки проб, отобранных с помощью седиментационных ловушек в двух точках Черного моря. Результаты моделирования показали довольно хорошее качественное и количественное соответствие с результатами измерений.

Выводы. В работе создана модель для расчета содержания взвешенного органического вещества в глубоких слоях Черного моря. По результатам моделирования показано, что за счет биологических процессов концентрация взвешенной органики в приповерхностном слое Черного моря существенно выше, чем в глубоководном. Значение вертикальных потоков взвешенной органики в приповерхностном слое определяется в основном концентрацией взвеси, в глубоководном – значением вертикальной скорости. На основе результатов моделирования был оценен поток углерода из толщи воды на дно как результат оседания взвешенного вещества. Основная часть этого потока приходится на шельфовую зону моря.

Ключевые слова

карбонатная система, взвешенное органическое вещество, морская экосистема, Черное море, численное моделирование, седиментационные ловушки

Благодарности

Расчет полей концентрации взвешенного органического вещества и его вертикальных потоков выполнен в рамках темы государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2023-0001; гидродинамические поля подготовлены в рамках темы государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2024-0012.

Для цитирования

Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Распределение и вертикальные потоки взвешенного органического вещества в Черном море по результатам численного моделирования // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 6. С. 905–917. EDN AFHGMU.

Dorofeev, V.L. and Sukhikh, L.I., 2024. Distribution and Vertical Fluxes of Particulate Organic Matter in the Black Sea Based on the Results of Numerical Modeling. Physical Oceanography, 31(6), pp. 851-862.

Список литературы

  1. Люцарев С. В., Шанин С. С. Особенности распределения взвешенного органического углерода в толще вод Черного моря // Океанология. 1996. Т. 36, № 4. С. 538–542.
  2. Еремеева Л. В., Бурлакова З. П., Коновалов С. К. Сезонная и пространственная изменчивость содержания взвешенного органического вещества в деятельном слое Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 1998. № 5. С. 30–62.
  3. Бурлакова З. П., Еремеева Л. В., Коновалов С. К. Бюджет и потоки взвешенного органического углерода и азота по данным их вертикального распределения в глубоководной части Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2003. № 3. С. 34–49.
  4. Геологические исследования Черного моря (81-й рейс научно-исследовательского судна «Профессор Водяницкий») / А. А. Клювиткин [и др.] // Океанология. 2017. Т. 57, № 5. С. 838–840. EDN ZMDQCB. https://doi.org/10.7868/S0030157417050197
  5. Комплексные исследования Черного моря в 101-м рейсе научно-исследовательского судна «Профессор Водяницкий» / А. А. Клювиткин [и др.] // Океанология. 2019. Т. 59, № 2. С. 315–318. EDN ZKXFXF. https://doi.org/10.31857/S0030-1574592315-318
  6. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Studying Long-Term Variations in Black-Sea Ecosystem Based on the Assimilation of Remote Sensing Data in a Numerical Model // Water Resources. 2019. Vol. 46, iss. 1. Р. 65–75. https://doi.org/10.1134/S0097807819010032
  7. Greґgoire M., Raick C., Soetaert K. Numerical modeling of the central Black Sea ecosystem functioning during the eutrophication phase // Progress in Oceanography. 2008. Vol. 76, iss. 3. P. 286–333. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2008.01.002
  8. Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Анализ долговременной изменчивости гидродинамических полей в верхнем 200-метровом слое Черного моря на основе результатов реанализа // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 5. С. 617–630. EDN PILFWG.
  9. Karl D. M., Knauer G. A. Microbial production and particle flux in the upper 350 m of the Black Sea // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1991. Vol. 38, Suppl. 2. P. S921–S942. https://doi.org/ 10.1016/S0198-0149(10)80017-2
  10. Мукосеев И. Н., Гурова Ю. С., Орехова Н. А. Потоки углерода со взвешенным веществом в Черном море // Моря России: от теории к практике океанологических исследований : тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Севастополь: ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН», 2023. С. 276–277. EDN XNBZRI.
  11. Particle flux in the Black Sea: Nature of the organic matter / E. Izdar [et al.] // Mitteilungen aus dem Geologisch-Paläontologischen Institut der Universität Hamburg : Hamburg, 1987. SCOPE/UNEP Sonderband Heft 62. P. 1–18.

Скачать статью в PDF-формате