статья в журнале

Ru

Морской гидрофизический журнал

ISSN:0233-7584

2020

10.22449/0233-7584-2020-1-88-102

Цель. Вследствие сложности биохимических процессов в морской среде существует проблема параметризации их взаимодействий при построении математических моделей морских экосистем. Цель данной работы - упростить решение этой проблемы путем использования концепции стационарного состояния экосистемы и гипотезы о балансе взаимных влияний процессов, основанной на материальных балансах биохимических реакций превращения веществ.Методы и результаты. Для упрощения модели экосистемы применен разрабатываемый авторами метод адаптивного баланса влияний. Уравнения метода содержат отрицательные обратные связи между переменными модели экосистемы и скоростями их изменения, стабилизирующие решения уравнений и делающие модель адаптивной к внешним влияниям на экосистему. Концепция сходимости решений к стационарному состоянию позволила предложить простые методы оценки коэффициентов взаимных влияний процессов, основанные на нормированных отношениях их средних значений. Для проверки этих методов построена адаптивная модель экосистемы Севастопольской бухты. Материалы многолетних наблюдений химических процессов в акватории бухты использованы для ассимиляции в модели наблюдений концентраций нитратов и аммония. Ассимиляция данных наблюдений выполнена путем приведения их к размерности и масштабам изменчивости соответствующей переменной модели и включения их в правые части уравнений модели в качестве дополнительных источников и стоков. Вычислительные эксперименты, проведенные с интегральной моделью экосистемы Севастопольской бухты, показали, что использование нормированных отношений средних значений процессов в качестве оценок взаимных влияний процессов позволяет воспроизводить сценарии всех процессов в экосистеме по ограниченным материалам наблюдений. Исследована реакция модели на внешние влияния при постоянных и переменных нормирующих множителях в коэффициентах модели. Результат численного моделирования показал, что переменные множители обеспечивают более высокую чувствительность модели к внешним влияниям.Выводы. Адаптивные модели морских экосистем, построенные методом адаптивного баланса влияний, обеспечивают быструю сходимость решений к стационарному состоянию. Следуя законам сохранения материальных балансов биохимических реакций превращения веществ, адаптивная модель стремится к установлению динамических балансов внешних и внутрисистемных влияний. Поэтому предложенные методы оценки коэффициентов внутрисистемных связей в адаптивной модели морской экосистемы позволяют восстанавливать сценарии тех процессов, для которых известны лишь их средние значения.

СТАЦИОНАРНОЕ СОСТОЯНИЕ ЭКОСИСТЕМЫ, АДАПТИВНЫЙ БАЛАНС ВЛИЯНИЙ, ПЕРЕМЕННЫЕ НОРМИРУЮЩИЕ МНОЖИТЕЛИ, ИНТЕГРАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ МОРСКОЙ ЭКОСИСТЕМЫ, СЕВАСТОПОЛЬСКАЯ БУХТА, АССИМИЛЯЦИЯ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ, ECOSYSTEM STATIONARY STATE, ADAPTIVE BALANCE OF CAUSES, VARIABLE NORMALIZATION FACTORS, MARINE ECOSYSTEM INTEGRAL MODEL, SEVASTOPOL BAY, OBSERVATION DATA ASSIMILATION

2020-06-10 11:27:01