250 Глава 6 что в рассматриваемой модели не выполняются законы сохранения биогенов внутри ячейки, которые должны выполнятся, если не учитывать перенос вещества между ячейками. В модели В.В. Меншуткина и О.Н. Воробьевой (1987) исполь- зовалось двухслойное разбиение озера на сравнительно небольшие число ячеек — всего около 60. Средняя глубина в мелководной части озера считалась постоянной. В модели использовалась 0с- редненная по глубине система течений, неизменная в течение года. Поле температуры задавалось на основе данных наблюдений. Био- тическая часть модели была представлена обобщенными биомас- сами фито- и зоопланктона, распределенными по отдельным ячей- кам, на которые разбит водоем. Гидрохимическая часть модели ос- новывалась на сведении баланса азота и фосфора, как в органиче- ской, так и в минеральной формах. Состояние экосистемы опибы- вается шестью переменными: обобщенной сырой биомассой фито- и зоопланктона — А и 2; концентрацией растворенных в воде форм фосфора Р, доступных для потребления водорослями; концентра- цией растворенных в воде форм азота No; концентрацией фосфора в детрите и бактериопланктоне ОР; концентрацией азота в детрите и бактериопланктоне ЭМ. Несмотря на весьма значительную схема- тизацию гидродинамики озера и его геометрии, отсутствие в модели воспроизведения зимнего периода, модель вполне реалистично вос- произвела динамику биомассы фитопланктона в вегетационные пе- риоды 1981—1983 годов, распределение концентрации общего фос- фора по акватории, вынос общего фосфора Невой. С помощью мо- дели были даны прогностические оценки годовой динамики фито- планктона при различных уровнях фосфорной нагрузки на водоем. К недостаткам принятой, достаточно разреженной схемы рас- положения боксов относится их «жесткость», Т.е. ПОСТОЯНСТВО формы и размеров боксов для разных сезонов, а также недоучет особенностей водообмена и турбулентного перемешивания. Трехмерные модели динамяки вод и экосистем Мы представим этот подход по работам Л.А.Руховца, Г.П. Астраханцева, В.В. Меншуткина и др. (Руховец и др., 2000), которые выполнили широкий комплекс расчетов для разных мо- дификаций трехмерных моделей на примере Ладожского озера. Одновременно с моделью экосистемы Ладожского озера (Мен- шуткин и Воробьева, 1987) была создана трехмерная модель круг- логодичной климатической циркуляции Ладожского озера (Астра- ханцев, Руховец, 1986; Астраханцев и др., 1987). Под климатиче- СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЛИМНОЛОГИИ 251 ской циркуляцией озера здесь подразумевается крупномасштабная циркуляция и температурный режим, которые соответствуют не- которым средним климатическим условиям таких внешних воз- действий на водоем, как ветер, поток тепла через поверхность, приток и сток рек, и т.п. Для исследования процесса антропогенно- го эвтрофирования Ладожского озера использование такого рода круглогодичной динамики водоема представляется естественным. С помощью этой модели (Астраханцев и др., 1988) была воспроиз- ведена круглогодичная циркуляция озера, соответствующая сред- ним многолетним среднемесячным значениям внешних воздейст- вий на водоем. Количественный и качественный анализ результатов расчетов показал, что модель адекватно воспроизводит основные элементы крупномасштабной динамики и температурного режима водоема (Тихомиров, 1968, 1982). Воспроизводятся зимняя и летняя страти- фикация, достаточно четко выраженный термоклин в июле и авгу- сте, гомотермия весной и осенью, процесс образования и таяния льда. Характер воспроизведенной моделью циркуляции озера в общих чертах качественно и по распределению величин скоростей соответствует имеющимся представлениям, полученным на основе известных теоретических исследований крупномасштабной цирку- ляции (Астраханцев и др., 1988; Филатов, 1991; Педлоски, 1984). Важным свойством компьютерной реализации этой модели яв- ляется точное выполнение дискретных аналогов законов сохранения тепла и массы, что обеспечило возможность провести расчеты на длительный срок (приблизительно 25 лет) для получения климати- ческой циркуляции водоема. На основе объединения модели экоси- стемы (Меншуткин, Воробьева, 1987) и гидротермодинамической модели Ладожского озера (Астраханцев, Егорова, Руховец, 1987) в одну общую (Астраханцев и др., 1992; Азтаклатзеу е{ а., 1996), бы- ла создана еще одна трехмерная модель экосистемы водоема. При- ступая к данной работе, авторы исходили из того, что использование полноценной гидродинамической составляющей модели позволит улучшить качество модели экосистемы озера, имеющего значитель- ное разнообразие условий функционирования экосистемы в различ- ных частях озера. Эта модель является первой в серии моделей, соз- данных авторским коллективом, непременными членами которого были Г.П. Астраханцев, В.В. Меншуткин, Н.А. Петрова, Л.А.Руховец. Во всех моделях воспроизводятся следующие процес- сы: перенос субстанций течениями, турбулентная диффузия и осе- дание, трансформация органического вещества и биогенных элемен-