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.
Purpose. The work is purposed at studying the spatial distribution, temporal variability and fluxes of particulate organic matter in the Black Sea based on numerical modeling.
Methods and Results. A model of the lower trophic level of the Black Sea ecosystem is applied to estimate the spatial distribution and vertical fluxes of particulate organic matter in the upper 200-meter layer. To extend the study to the whole thickness of the Black Sea, a model consisting of an equation for the evolution of particulate organic matter concentration in the layer from 200 m to the bottom was developed. The hydrodynamic and thermodynamic fields resulted from the previously performed reanalysis, are used as the coefficients of this equation and the equations of ecosystem model. The modeling was carried out for the period 2016–2020. The concentrations and vertical fluxes of particulate organic matter are obtained on a regular grid and with time resolution 1 day. The particulate organic carbon fluxes derived from numerical modeling are compared with the results of processing the samples collected by the sediment traps at two points in the Black Sea. The simulation results are in a fairly good qualitative and quantitative agreement with the measurement results.
Conclusions. A model for calculating the particulate organic matter content in the deep layers of the Black Sea was developed. The modeling results have shown that due to the biological processes, the particulate organic matter concentration in the surface layer of the Black Sea significantly exceeds the one in the deep-sea layer. The magnitude of vertical particulate organic matter fluxes in the surface layer is conditioned mainly by the suspended matter concentration, whereas in the deep-sea layer – by the value of vertical velocity. Based on the modeling results, the carbon flux directed from the water column to the bottom was classified as a result of suspended matter settling. The main part of this flux falls on the shelf zone of the sea.