248 Глава 6 нион, для оз. Онтарио — 21 камера, а для Ладожского озера — 8 камер с двумя слоями (Леонов, Филатов, Титов, 1996). При создании имитационных моделей задается энерго- . массообмен с внешней средой, определяемый ветром, притоком, стоком, испарением, осадками, потоками тепла. ` В отличие от гидродинамических моделей в имитационных моделях совместный вклад от адвекции и турбулентной диффузии сводится к заданию потоков через границу соседних камер. Потоки рассчитываются по данным гидродинамического моделирования и по эмпирическим соотношениям. Потоки вещества оцениваются далее с использованием принципа Саймонса-Лэма. В разностном виде уравнение для потока имеет вид: са _а 1 1 с - УСЕ= У С, ]+'А‘“’Ь’1(С; '+С; 1)’ где у — объем #й камеры в момент ;; А/ — шаг по времени, С; " 1 С — средняя концентрация вещества в момент времени { в -Й и -Й соседних камерах; уу — градиент скорости между камерами. Рассмотрим подробнее расчеты переноса вод в имитационных моделях для всего Ладожского озера. Оценка водообмена между боксами при описании годового цикла основывалась на выполнен- ных численных экспериментах по изучению течений озера (см. гл. 4) и на полученных закономерностях об изменчивости течений для разных сезонов (Филатов, 1983, 1991). Эти расчеты были выпол- нены при среднемноголетних характеристиках элементов водного баланса и среднегодовом значении уровня озера, равном 480 см. Учитывалась изменчивость элементов водного баланса в годовом цикле. Приходная и расходная части внешнего водообмена состав- ляли при данном уровне озера 80 км’, приходная часть складыва- лась из притока — 69 км”, и осадков — 11 км’, а расходную часть составляли сток из озера — 74 км’, и испарение — б км°. Площадь поверхности и объем боксов рассчитывались для данного уровня озера. Точность расчета объема боксов зависит от степени подроб- ности описания батиметрии озера. Внутренний водообмен определяется особенностями циркуля- ции вод и формируется с учетом притока и стока. Осадки и испа- рение равномерно распределяются по акватории в зависимости от площади боксов. Интенсивность водообмена зависит от скорости течений, а «направленность» водообмена между боксами вычисля- ется по определенным из модели и наблюдений течениям. Водо- СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЛИМНОЛОГИИ _ 249 обмен между боксами рассчитывается для конкретных сезонов. Причем, для каждого месяца водообмен находится по результатам моделирования циркуляции вод для синопгических ситуаций, а за- тем по ним определяется интегральная циркуляция за 1 мес. Водо- обмен между слоями для конкретного сезона не задается, так как для каждого расчетного месяца подразумевается, что это переме- шивание произошло и нашло отражение в расчетной толщине слоя на предыдущем шаге расчетов. — Например, в июне толщина эпилимниона составляла 5 м, а в июле за счет вертикального обмена и перемешивания — 7м. В зимний период, когда озеро покрыто ледяным покровом, водооб- мен формируется в основном за счет речного притока и стока. Те- чения в этот период слабые. Водообмен может быть описан матри- цей, которая используется в дальнейших имитационных расчетах. В весенний период учитывается наличие в озере термббара и цир- куляции вод циклонического характера, определяющих водообмен между боксами. Водообмен наиболее интенсивен между боксами, расположенными вдоль береговой линии озера, что происходит за счет увеличения скорости геострофических течений и притока речных. вод. В июне в двух относительно глубоководных боксах (No5 и 6) наблюдаются условия, близкие к гомотермии. Другие боксы разделены на 2 слоя, причем толщина верхнего слоя во всех боксах одинакова и составляет 5 м. В июле все боксы разделяются на 2 слоя, но с толщиной эпилимниона 7 м. Интенсивность обмена в это время года в верхнем слое существенно выше, чем в гипо- лимнионе, а течения определяются совместными эффектами ветра, особенностями бароклинности и рёльефа дна. Начиная с октября, озеро уже не подразделяется на слой, так как его можно считать условно однородным по плотности. Сток рек сокращается, уменьшается водообмен между боксами, так как течения в это время, как и в последующем до ледостава, опреде- ляются ветром и стоком рек. Биотическая часть этой модели, кро- ме фитопланктона, зоопланктона и детрита, содержит еще гетеро- трофные бактерии и простейшие. Гидрохимическая часть модели описывает растворенное в воде органическое вещество, минераль- ные формы фосфора, азота, углерода, растворенного кислорода. Выполненные имитационные расчеты подтвердили особенно- сти распределения биомассы фитопланктона в Ладожском озере по сезонам года в зависимости от водообмена, распределения биоген- ных элементов, температуры воды, поступления солнечной радиа- ции и других элементов имитационной модели. Отметим также,