Aktualności
Krzemiany (model 3D CEMBS)
Stężenie krzemianów (SiO4) obliczone za pomocą modelu ekosystemu Morza Bałtyckiego 3D CEMBS (3D Coupled Ecosystem Model of the Baltic Sea). W serwisie SO SatBałtyk rozkłady stężeń krzemianów na powierzchni oraz na różnych głębokościach podawane są w miligramach na metr sześcienny [mg/m3], cztery razy na dobę, w postaci map o rozdzielczości 1 km.
Metodyka wyznaczania stężenia krzemianów w modelu 3D CEMBS
Stężenie krzemianów jest obliczane z wykorzystaniem prognostycznego modelu ekohydrodynamicznego 3D CEMBS [1] [2]. Jako warunki brzegowe na powierzchni morza wykorzystywane są dane atmosferyczne z prognostycznego modelu UM (ICM Uniwersytetu Warszawskiego). Model posiada otwartą granicę z Morzem Północnym w celu lepszego odwzorowania zmian związanych z wlewami wód z tego regionu. Model 3D CEMBS jest wyposażony w moduł dopływów rzecznych, który dostarcza informacji na temat ilości słodkiej wody dostarczanej z 72 rzek oraz ilości substancji biogenicznych (w tym również krzemianów) przez nią niesionych. Dodatkowo moduł atmosferyczny dostarcza informacji o substancjach biogenicznych dostających się do Morza Bałtyckiego wraz z opadami. W celu zapewnienia jak najdokładniejszego odwzorowania mieszania w pionie zastosowano parametryzację KPP. Wyniki modelowe mają rozdzielczość poziomą ok. 2 km. W pionie model jest podzielony na 21 warstw. Pierwsze cztery warstwy mają grubość 5 metrów. Grubość pozostałych warstw rośnie wraz z głębokością. Wyniki dostarczane do systemu SO SatBałtyk zostały interpolowane na siatkę o rozdzielczości 1 km. Model posiada moduł asymilacji danych satelitarnych (temperatury powierzchni morza oraz stężenia chlorofilu-a), pochodzących z czujnika MODIS umieszczonego na satelicie Aqua (EOS PM). Do asymilacji wykorzystywana jest metoda Cressmana [3]. Polega ona na obliczeniu, dla każdego punktu na siatce modelowej, wartości temperatury oraz stężenia chlorofilu-a na podstawie danych z poprzedniej prognozy modelu oraz danych satelitarnych uwzględnianych z wagą zależną od odległości między tymi danymi oraz od dokładności wyników. Algorytm pomija obszary zachmurzone oraz dane satelitarne znacznie odbiegające od wartości modelowych. W związku z tym, że chlorofil-a ma rozkład logarytmicznie normalny, wszystkie operacje w procesie jego asymilacji wykonywane są dla zlogarytmowanych wartości.
Walidacja (ocena dokładności)
Dokładność wyników modelowych została oszacowana poprzez ich porównanie z dostępnymi pomiarami wykonanymi w ramach monitoringu prowadzonego w ramach ICES w latach 2010-2013. Błąd statystyczny, wyrażony jako odchylenie standardowe różnic, oszacowano na 136,49 mg/m3. Natomiast błąd systematyczny (średnia różnica) wynosił 28,08 mg/m3.
Eutrofizacja
Eutrofizacja, czyli zwiększony dopływ pierwiastków biogennych do wód skutkuje wzrostem produktywności ekosystemów wodnych. To prowadzi do degradacji jakości wód, powodując między innymi zmniejszenie przenikania światła, deficyt tlenu czy śnięcie ryb. Zjawisko to, początkowo powszechne dla ekosystemów słodkowodnych, obecnie stało się problemem globalnym, obejmującym obszary morskie w tym również Morze Bałtyckie. Krzemiany należą do grupy substancji biogenicznych, a ich wysokie stężenie wywołuje eutrofizację przyczyniając się do tzw. „zakwitów wody”, czyli intensywnego wzrostu biomasy fitoplanktonu. Do Morza Bałtyckiego krzemiany dostają się głównie przez dopływy rzeczne. W związku z tym na mapach rozkładu stężeń, największe ich ilości można dostrzec w rejonach ujść rzek oraz obszarach przybrzeżnych (Rysunek). Pozostała część ładunku krzemu dostaje się wraz ze spływami rozproszonymi, zrzutami punktowymi z oczyszczalni ścieków, opadami atmosferycznymi, oraz zostaje uwalniana z osadów dennych. Krzemiany mają największy wpływ na rozwój biomasy jednej z grup fitoplanktonu tzw. okrzemków. Mimo sukcesywnego spadku ilości substancji biogenicznych wprowadzanych do wód Bałtyku, jego obecny stan ekologiczny jest uważany w przeważającej części, za słaby do złego [4].
Cykl sezonowy substancji biogenicznych
Substancje biogeniczne cechuje charakterystyczny sezonowy cykl obecności w wodach Morza Bałtyckiego, powiązany bezpośrednio z zakwitem fitoplanktonu [5]. Etapy rozwoju fitoplanktonu są podobne na całym Morzu Bałtyckim. Charakteryzują się intensywnym, ale krótkim zakwitem wiosennym, następnie zakwitem glonów począwszy od połowy lata aż do jesieni. Substancje biogeniczne są wyczerpywane (konsumowane) w trakcie zakwitu wiosennego, co skutkuje ich bardzo niskimi stężeniami zaraz po nim. Słabe mieszanie w pionie utrzymuje niską zawartość substancji biogenicznych w wodzie morskiej aż do jesieni, kiedy to zostają wynoszone z głębszych warstw ponownie zasilając strefę eufotyczną. Ten proces jest na tyle silny, że nawet mniej intensywny niż wiosną zakwit fitoplanktonu nie powoduje wyczerpywania się substancji biogenicznych. Zahamowanie produkcji pierwotnej zimą pozwala na pełną regenerację składników odżywczych w strefie eufotycznej (Rysunek).
Krzemiany (model 3D CEMBS)(dla zalogowanych użytkowników)
Literatura:
|
Powstańców Warszawy 55 81-712 Sopot, Poland |
|
Napisz do nas: |
