252 ‚ ‚ : Глава 6 тов. Во всех моделях для описания перечисленных выше процессов используются системы уравнений в частных производных вида дс, , дс, , дС, оС, _ а “ о, О д оС, д дс;| , д , дС, == — Ё — Ь тр Вча д С›С э° С э дх[ 5]+ду[ ду]+д [" ]+д( С, м) 1=1,2,...,М, ` где #=(и,», м) — вектор скорости течения в водоеме ч = (0,0-ис) — скорость оседания С, мс 2 0; К, & К, — коэффи- циенты турбулентной диффузии пассивной примеси, No — число. переменных математической модели, характеризующих состояние экосистемы водоема, /[(С,, С„..., Су) — нелинейные операторы, описывающие процессы трансформации органического вещества и биогенных элементов. В первой из моделей авторов число пере- менных равнялось 7. В отличие от модели (Меншуткин, Воробъе- ва, 1987) здесь в состав модели наряду с прежними переменными (4, 2, Р, No, РР, ОNo) был еще включен растворенный в воде кисло- род ОХ (Азттакйатсеу е{ а1., 1996). Для калибровки новой модели использовались данные на- блюдений за экосистемой водоема в период 19841991 гг. Для верификации модели с ее помощью была предпринята попытка воспроизведения процесса антропогенного эвтрофирования Ла- дожского озера под воздействием фосфорной нагрузки. Основ- ным механизмом трансформации экосистемы озера, как в усло- виях естественной эволюции, так и при антропогенном воздейст- вии, является сукцессия видового состава гидробионтов всех трофических уровней. К сожалению, современные лимнологические иоследовалшя‚ как У нас, так и за рубежом, практически не рассматривают взаимосвя- зей процессов на таком уровне. Среди наиболее важных задач буду- щего, таким образом, можно назвать (Руховец, и др., 2000): ® — получение индивидуальных функциональных характери- стик гидробионтов и их проявления в особенностях фор- мирующихся сообществ организмов; ® — исследование влияния биоты на трансформацию наиболее консервативных звеньев экосистемы — пула — раство- ренного органического вещества и донных отложений; СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЛИМНОЛОГИИ 253 » — изучение проблем возникающих в результате длительного антропогенного воздействия, эффектов саморазвития про- цесса эвтрофирования и вторичного загрязнения озер; ® - дальнейшее совершенствование моделей экосистем. Совершенствование моделей экосистем возможно нескольки- ми путями, например, за счет включения так называемых популя- ционных моделей, зоопланктона и бентоса и др. Но опыт Паттена (Райеп е1; а1., 1990) и Меншуткина (1993) показал ограниченность такого пути. Другой путь это разработка системы субмоделей, на- пример для Азовского моря (Горстко и др.. 1984). Все модели (гидродинамики и популяции промысловой рыбы и др.) получают- ся отдельно, и соединяться в единую систему при проведении ими- тационных экспериментов. Проблем теоретического и техническо- го порядка при создании водных экологических моделей много, но, как считает, В.В. Меншуткин «самым важным является разрабо- танность биологической концепции и доброкачественность исход- › ных данных. Никакие самые совершенные вычислительные машщи- ны и методы ПРИШШДНОЙ математики не спасут положения, если наблюдения на водоеме велись бессистемно». 6.5. Лабораторное моделирование гидрофизических процессов в озерах и водохранилищах Наряду с натурными исследованиями, математическим моде- лированием (аналитическим и численным) для исследования гид- рофизических процессов в озерах и водохранилищах широко при- меняется лабораторное моделирование. В условиях лабораторного эксперимента создаются контро- лируемые условия, в которых возможно исследование роли от- дельных факторов, действующих в природных условиях зачас- тую одновременно. Возможность моделирования гидрофизических процессов в озерах и водохранилищах обсуждалась в разделе 4.3. В данной главе мы рассмотрим конкретные примеры моделирования неко- торых гидрофизических процессов, приведем описание установок для лабораторного моделирования. Уникальный комплекс лабораторных установок по моделиро- ванию природных систем и гидрофизических процессов создан в Институте проблем механики РАН в Лаборатории механики жид- костей (Чашечкин Ю.Д., 1996, 1999).