Гидрологи и математики Карельского научного центра РАН разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Она позволяет рассматривать различные сценарии трансформации ледового режима под воздействием изменения климата. Модель воспроизводит физические и биохимические процессы во льду, учитывает их многолетнюю динамику и помогает прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства, предотвращения загрязнения моря и повышения эффективности использования водных ресурсов.

В последние десятилетия на Белом море лёд образуется на неделю позже, а весной начинает разрушаться на неделю раньше. Такие выводы учёные делают благодаря сравнению современных спутниковых снимков с данными 60–70 годов прошлого века. Между тем, зимний режим Белого моря изучен недостаточно, а его понимание, безусловно, важно для эффективного использования водных ресурсов.

Чтобы оценить, как изменяются свойства морского льда в зависимости от внешних условий среды, сотрудники Карельского научного центра РАН разработали численную модель вод, льда и экосистем Белого моря. Исследование поддержано грантом РНФ № 22-27-20014 и Фондом венчурных инвестиций Республики Карелия.

Основным исполнителем работы стал Илья Чернов, старший научный сотрудник лаборатории моделирования природно-технических систем Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН. Он модифицировал известную физическую модель термодинамики Арктики FEMAO (автор Н.Г. Яковлев, Институт вычислительной математики им Г.И. Марчука РАН, Москва) и адаптировал её под условия Белого моря.

Для настройки модели использовался широкий спектр данных: содержание биогенных и загрязняющих веществ, одноклеточных водорослей и других организмов во льду. Образцы льда и воды были получены в ходе экспедиций на Беломорской биологической станции Зоологического института РАН на мысе Картеш в Кандалакшском заливе и при исследовании устьевой области реки Кемь. Помимо карельских учёных, в работах также принимали участие специалисты биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и Санкт-Петербургского филиала Института океанологии РАН.

В устьевой зоне реки Кемь были собраны пробы трёх типов льда — речного, морского и льда из переходной зоны (река-море): они сильно отличаются друг от друга по физическим и химическим свойствам.

«Зона смешения морской и пресной воды называется областью лавинной седиментации. Большая часть осадков твердых веществ в речном потоке оседают на границе реки и моря, часть из них уносится дальше, в том числе и загрязнители: тяжелые металлы и нефтепродукты. Модель позволяет отследить, как эти вещества переносятся с приливо-отливными течениями. Примерно также ведет себя и лед. Он состоит из льдин, которые переносятся течениями. С помощью модели можно оценить так называемый ледовый разнос», — пояснил Алексей Толстиков, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории географии и гидрологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН.

Учёные проверили, согласуются ли данные моделирования со спутниковыми данными и результатами прямых измерений физических, биологических и химических параметров во льду. Установлено, что модель достаточно точно воспроизводит время образования льда и его разрушения, сплоченность ледяного покрова Белого моря.

«Другой рабочий инструмент — одномерная модель столба воды, подходящая для акваторий без сильных течений. Разработано руководство пользователя этой моделью и поэтому ее можно использовать не только для Белого моря, но и для других водоёмов, в том числе пресноводных. Настроив параметры, можно рассчитать биогеохимические процессы для конкретного района водного объекта. Таким образом, модели могут стать инструментом для практических и прогностических задач. Например, по заданным показателям можно будет найти участок акватории для разведения марикультуры», — рассказал Алексей Толстиков.

Полученные численные модели воспроизводят физические и биохимические процессы во льду, учитывают их многолетнюю динамику и помогают прогнозировать время образования и разрушения льда. Эта информация важна для судоходства, решения вопросов защиты морских конструкций в зимнее время, предотвращения процессов загрязнения акватории и повышения эффективности использования ресурсов моря.

«Мы получили инструмент для ответа на вопрос: что будет, если усилится поступление определенных веществ в Белое море и как это отразится на ледяном покрове. Что будет происходить, если продолжится потепление климата? Будет ли это критично для конкретного участка акватории или экосистема справится с изменениями», — подытожил исследователь.

Источник: служба научных коммуникаций КарНЦ РАН.