Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование мезомастабного гидрометеорологического режима агрофитоценозов

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование мезомастабного гидрометеорологического режима агрофитоценозов"

Российская Академия Сельскохозяйственных Наук Агрофизический Научно-исследовательский Институт

На правах рукописи

СОГАЧЕВ Андрей Федорович

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕЗОМАСШТАБНОГО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА АГРОФИТОЦЕНОЗОВ

Специальность: 11.00.09- Метеорология, климатология и агрометеорология

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Государственном гидрологическом институте, г.Санкт-Петербург

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Г.В.Менжулин доктор географических наук Н.Н.Выгодская

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Р.А.Полуэктов кандидат физико - математических наук Г. А. Саркисян

Ведущая организация:

Главная Геофизическая Обсерватория им. А. И. Войекова, г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится " " 1996 г. в 15 часов

на заседании Специализированного Совета К020.21.01 в Агрофизическом Научно-исследовательском институте по адресу: 195220, Санкт-Петербург, Гражданский проспект д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического НИИ.

Автореферат разослан "

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения просим высылать по адресу: 195220, Санкт-Петербург, Гражданский проспект д.14, Специализированный Совет АФИ.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат физико - математических наук

Т. М. Брунова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследования последних лет показывают, что для успешного продвижения теории и построения моделей естественных процессов необходимо развивать комплексные исследования по изучению взаимосвязанных процессов, определяющих формирование строения и функционирование экологических систем на различных уровнях их организации. При проведении таких разработок большая роль должна отводиться исследованиям в фундаментальных отраслях науки об окружающей среде: агрофитоэкологии, агрофизике, физиологии растений, климатологии, и других дисциплин. Можно отметить, что примеры наиболее удачных разработок, ориентированных на решение экологических аспектов указанных дисциплин, показывают, что успех внедрения результатов научных исследований в практику экологического мониторинга и в природоохранную деятельность во многом зависит от исследований, способствующих развитию наименее разработанных проблем экологической науки. К их числу относится и важнейшая проблема описания взаимодействия между экологическими системами и их растительным компонентом и гидрометеорологическим окружением. В этой связи принципиально важной и весьма актуальной является задача определения возможности применения предпосылок теории равновесных процессов к описанию функционирования природных комплексов различной структуры и компонентного состава, которые в принципе представляют собой неравновесные нелинейные открытые системы, процессы в которых практически всегда нестационарны.

В рамках этой общей проблемы весьма актуальными являются модельные разработки, касающиеся описания динамики многомерных микро- и мезомасштабных явлений в сложных агрофитогеоценозах. Однако, важно заметить, что в последние годы этим вопросам и в особенности мезомасштабному моделированию уделялось явно недостаточное внимание. Выполненные до настоящего разработки касались в основном развития параметризированных схем расчета суммарных показателей функционирования агрофитоценозов, которые лишь интегрально могут характеризовать их энерго- и массообмен. Вопрос о вертикальном и горизонтальном разрешении для этих характеристик решался весьма схематично.

Очевидно, что многомерное мезомасштабное моделирование процессов в пространственно - неоднородных экосистемах является одной из наиболее сложных задач в количественной экологии. Сложность ее решения не в проследнюю очередь определяется ограниченным количеством данных натурных измерений. В то же время общепризнанным является то, что для обоснования программ экологического мониторинга и для решения прогностических задач экологической науки это направление исследований несомненно актуально.

Цель работы. В рамках указанной проблемы и с учетом современного уровня развития мезомасштабных моделей энерго- и массообмена агрофитоценозов при выполнении диссертационной работы была определена цель исследования, которая заключалась в построении мезомасштабной модели турбулентного течения в пограничном слое атмосферы над естественной неоднородной подстилающей поверхностью, покрытой растительностью. Модель должна включать расчет основных характеристик энерго- и влагообмена фитоценоза и учитывать трехмерную его архитектуру.

Достижение указанной цели осуществлялось при последовательном решения следующих задач:

- Оценка наиболее существенных факторов, формирующих водный и тепловой режим фитометеорологической системы и пограничного слоя атмосферы над ней в случае горизонтальной неоднородности их строения и нестационарности процессов переноса тепла и влаги.

- Построение трехмерной модели нестационарного метеорологического режима системы "агрофитогеоценоз - пограничный слой атмосферы".

- Разрабожа ошималышго алюригма и ею реализация на современных ПЭВМ.

- Проведение численных экспериментов для оценки чувствительности блоков модели к вариациям параметров строения растительности и характеристик окружения.

- Комплексные расчеты мезомасштабных гидрометеорологических явлений в пограничном слое атмосферы с учетом конкретной структуры естественной поверхности, покрытой растительностью.

Методическую основу исследования составляет метод компьютерного моделирования, базирующийся на физически обоснованном описании механизмов энерго- и массообменных процессов и их последующей математической реализации; разработка алгоритма и анализ численных экспериментов по построенной модели.

Научная новизна диссертационной работы:

Построена замкнутая трехмерная модель нестационарного

метеорологического режима системы "фитоценоз - пограничный слой атмосферы", учитывающая детали трехмерной структуры растительности.

- Впервые для такого класса мезомасштабных моделей применена методика расчета радиационного поля в неоднородной растительности, базирующаяся на параметрическом статистическом описании.

- Решена задача расчета детализированного температурного режима фотоэлементов.

- Реализованы наиболее полные аппроксимационные зависимости для интегральных коэффициентов тепло - и влагообмена фитоэлементов при разных режимах течения;

- Проведены комплексные численные эксперименты, направленные на изучение особенностей теплового и водного режима агрофитоценозов в зависимости от структуры растительности и условий окружения.

- Определены возможности использования построенной модели для решения прикладных экологических задач.

- Проведена верификация модели с привлечением данных натурных измерений в естественной лесной экосистеме.

Практическая значимость работы. Диссертационное исследование

выполнялось в рамках Российско - Германского проекта "Научные основы комплексного глобального экосистемного мониторинга, включая мониторинг в 'биосферных заповедниках и на других охраняемых территориях", проводимого согласно Межправительственному Соглашению о сотрудничестве в области охраны окружающей среды. Результаты исследований использованы при разработке комплексной экологической модели Центрального Лесного Биосферного Заповедника России, включающей согласованный набор математических моделей различного пространственно - временного масштаба, адаптированных к еловым лесным системам. Модель использовалась для обосновании набора параметров функционирования лесной экосистемы, которые должны включаться в систему экологического мониторинга, а также требований к точности, частоте и пространственному разрешению измерений. Реализованный модельный подход может быть использован для обоснования рекомендаций по реализации программ мониторинга применительно и к другим лесным экосистемам. В численных экспериментах показано, что, построенная модель может быть использована для обоснования полезащитных агролесомелиоративных мероприятий.

Публикации. По теме диссертации опубликованы и сданы в печать 6 публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, перечня основных результатов и выводов и списка литературы. Общий объем работы - 148 стр., в их числе 22 рисунка, 5 таблиц и библиография, включающая 286 наименований, из которых 190 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во впелешт обсуждается актуальность диссертационной работы, се цели, методика исследований, научная новизна и практическая значимость.

Первая глава посвящена аналитическому обзору основных исследований по моделированию мезомасштабных гидрометеорологических процессов, выполненных до настоящего времени. В первом параграфе главы отмечается, что математическое моделирование таких процессов в принципе должно быть представлено двумя этапами: выбором обоснованной системы уравнений и процедур их замыкания и решения полученной системы уравнении переноса лучистой энергии, осредненного импульса, энергии турбулентности, теплового баланса элементов растительности, а также переноса тепла и водяного пара в растительности и пограничном слое атмосферы.В параграфе проведен анализ современных методов обоснования системы уравнений и процедур их замыкания. Оценены возможности использования имеющихся разработок для решения поставленной в диссертации задаче.

Второй и третий разделы главы носят обзорный характер и посвящены анализу разработанных до настоящего времени конкретных моделей турбулентного течения в пограничном слое атмосферы при отсутствии и наличии растительности. Подчеркивается, что наличие растительности существенно усложняет описание картины тепло- и влагообмена в системе почва - атмосфера. Анализируются результаты, полученные в этой связи в работах видных отечественных и зарубежных ученых (М. Л.Асатурова, МИ. Будыко, А.И. Будаговского. P.A. Полуэкюва О.Д. Сиротенко, С. В. Нерпина, А.Ф. Чудновского, Г.В. Менжудина, Л.П. Быковой, Б.А. Barepa, Е.Д. Надежиной, В.И. Пененко, A.C. Алояна, Л.Гутмана, М. Эстока, Дж. Вингарда, Дж. Дирдорфа, Р. Пилке, Г". Гросса, X. Пенмана, П. Селлерса, Т. Я малы и других). Отмечается, что к настоящему времени были предприняты лишь отдельные ионьпки создания трехмерных моделей, учитывающих взаимодействие атмосферы с растительностью в случае сложной по архитектуре неоднородной подстилающей поверхности.

Вторая пара диссертации посвящена обсуждению физических принципов описания энерго- и массоперепоса в мезомасштабных моделях системы "растительность - пограничный слой атмосферы". Предпосылкой решения многих затронутых здесь вопросов послужили теоретические исследования, выполняемые в течении ряда лет в лаборатории моделирования влияния гидрометеорологических факторов на агроэкосистемы Государственного гидрологического института.

В первом параграфе второй главы рассматриваются методы расчета характеристик радиационного режима растительного покрова. Решение этой задачи проводится в несколько этапов. На первом из них рассчитывается зависимость потоков и спектрального состава коротковолновой радиации от погодных факторов и времени. Большой вклад в решение данной проблемы внесли российские ученые и специалисты стран СНГ (Т.Г Берлянд., МИ Будыко., К.Я Кондратьев., И.А Шульгин., Ю.К Росс., Б.И Гуляев., Х.А Тооминг., И.А. Перелет и другие). Знание подобных зависимостей необходимо при обосновании условий для потоков излучения, распространяющегося внутрь растительности.

На следующем этапе необходимо провести расчет оптических характеристик элементов растений. В зависимости от требующейся детализации картины радиационного поля в качестве таких характеристик могут выступать коэффициенты отражения и пропускания или индикатриса рассеяния фитоолементов. Общие физические соображения указывают на то, что главные факторы формирования радиационного режима фитоценоза связаны с его архитектурой. Такие показатели как количество листьев, их размеры, взаимное расположение в пространстве должны непосредственно влиять не только на закономерности переноса излучения, но и на многие другие проявления энерго- и массообмена в растительности.

Расчет потоков и спектрального состава радиации, приходящей к земной поверхности, изучение оптических свойств листьев и закономерностей строения

растительности предшествует решению непосредственно фитоактинометрической задачи - вычислению характеристик поля радиации в межлистном пространстве.

Современная фитоактинометрия представляет исследователю широкие возможности для выбора методики, с той или иной степенью детализации описывающей радиационный режим растительного покрова. В теоретически предельном случае, задав в деталях внешнюю форму растений, образующих покров, и оптические свойства фитоэлементов, с использованием процедуры Монте-Карло можно рассчитать любую из характеристик радиационного поля. Однако по причине того, что алгоритмы статистических испытаний, оперируя конкретной "геометрией каждого из фитоэлементов и представляя в деталях траекторию каждого из квантов, требуют очень больших вычислительных затрат. Наиболее часто в качестве методической основы для определения характеристик радиационного режима растительного покрова используется теория излучения в горизонтально однородной мутной среде, имеющая, однако, ряд недостатков. Так, расчеты пропускания с использованием формул такой теории применительно к прямой солнечной радиации являются заниженными за счет эффектов взаимного затенения и полутени. Эта ошибка особенно характерна для пространственно сгруппированных насаждений или для покровов, образованных из растений с большими по площади листьями.

На основании анализа существующих моделей сделан вывод, что корректное описание радиационного режима растительного покрова может быть проведено, если в построениях использовать понятие случайного радиационного поля. Подход к описанию переноса прямой солнечной радиации в статистически неоднородной и изотропной среде фитоценоза, базирующийся на использовании параметризованных формул, позволяет адекватно описать статистическую структуру радиационного поля в растительности. В то же самое время он является достаточно простым для использования в сложной мезомасштабной модели, развиваемой в диссертации.

В первом же параграфе главы рассмотрены методы расчета характеристик длинноволнового излучения в растительном покрове.

Во втором параграфе второй главы рассмотрены методы расчета характеристик турбулентного течения в растительности и пограничном слое атмосферы над пей.

Закономерности формирования метеорологического в приземном и пограничном слоях атмосферы, содержащем растительность, в первую очередь определяются спецификой динамики турбулентности в межлистном пространстве, ее влиянием на процессы переноса тепла, влаги, примесей и количества движения в пространстве, занятом растительностью. Поэтому при моделировании микроклимата фитоценозов значительное внимание должно быть уделено расчету характеристик турбулентности, важнейшими из которых являются импульс осредненного движения и коэффициент вихревой вязкости. В общем случае в слое растительности значения коэффициента турбулентной вязкости определяются совместным действием механизмов динамического, теплового и водного взаимодействия фитоэлементов с воздухом межлистного пространства.

В настоящее время разработаны два подхода к решению задачи расчета этого коэффициента. В первом из них делается попытка построить полуэмпиричсские зависимости между характеристиками турбулентного режима в фитоценозах и их геометрической структурой (Ю.Л. Раунер, О.Д. Сиротенко, А.П. Бойко, А.И. Будаговский, Дж. Дирдорф, Е. Иноэ, Р. Чионко, Т. Саито, 3. Учиджима и др.). Второй подход базируется на расчете характеристик турбулентного движения, основанном на основе физическом замыкании системы дифференциальных уравнений турбулентного движения. Исходя из поставленной задачи диссертационного исследования нами было отдано предпочтение второму из указанных методов. В его основу положены уравнения Рейнольдса и соответствующие физические гипотезы замыкания.

Для описания турбулентного режима в растительном покрове уравнения осредненного движения были дополнены добавочными слагаемыми, описывающими

сопротивление и дополнительную турбулизацию осредненного течения на элементах растительности. В диссертации обоснованы модифицированные уравнения переноса . осредненного импульса в случае трехмерного обтекания фитоэлементов. Полученная система осредненных уравнений в частных производных, описывающая перенос импульса, является нелинейной и содержит количество неизвестных, большее, чем число уравнений. Для того, чтобы замкнуть систему уравнений турбулентного течения в загроможденном потоке дополнительные слагаемые этих уравнений должны быть связаны с известными переменными и параметрами системы. В диссертации проведен анализ существующих на этот счет параметризаций и сделан вывод о том, что наиболее оптимальной в нашем случае является классическая идея замыкания второго порядка, использующая уравнение баланса кинетической энергии турбулентности и гипотезу подобия Колмогорова. В соответствии с последней коэффициент турбулентного обмена и диссипация турбулентной энергии выражаются через кинетическую энергию и масштаб турбулентности. В диссертации предложена модифицированная параметризационная формула для масштаба турбулентности в слое растительности.

В третьем параграфе второй главы обсуждаются закономерности водного и теплового обмена фитоценоза с окружающим воздухом.

Одним из существенных вопросов, возникающих при построении полной модели энерго- и массообмена растительного покрова является выбор модельного представления для характеристик теплового и водного режима его надземной части. В диссертации показано, что для оптимального сочетания описания деталей гидротермического режима растительности и вычислительного времени, термический режим фитоэлементов в модели лучше всего описать двумя температурами, осредненными по верхней и нижней сторонам освещенной и затененной части листьев. Поскольку закономерности внешнего теплообмена и влагообмена в растительном покрове в некоторых проявлениях схожи, для описания влагообмена фитоэлементов с воздухом в работе, также как и для теплообмена, было использовано описание через две функции источника.

В работе специального рассмотрения потребовал вопрос о расчете интегральных коэффициентов тепло- и влагообмена фитоэлементов. С этой целью был проанализирован экспериментальный материал, относящийся к определению критериальных чисел Шервуда и Нуссельта, характеризующих интенсивность тепло -и влагообмена в зависимости от параметров Рейнольдса и Грасгофа. На основании этого анализа был сделан вывод о целесообразности использования в модели эмпирических аппроксимационных формул, которые позволяют рассчитывать критериальные параметры при разных режимах течения.

В конце второй главы с учетом двух введенных в рассмотрение температурных характеристик фитоэлементов выводится замыкающее соотношение энергетического баланса поверхности растений.

В третьей главе выводятся основные уравнения модели, рассматриваются замыкающие их соотношения и граничные условия. Здесь же излагаются методы численной реализации и алгоритм модели, а также обсуждаются результаты компьютерных экспериментов.

Исходная информация, необходимая для расчетов по сконструированной модели разделяется на две группы. В первую группу входят характеристики времени и места, для которых производится расчет. Вторая группа должна включать информацию о временном ходе нисходящих потоков радиации, поскольку основной причиной нестационарности гидрометеорологических процессов в системе растительный покров - пограничный слой атмосферы являются периодические колебания коротковолновой радиации, поступающей на верхнюю границу растительности. Кроме перечисленных параметров в блоке подготовки исходных данных предусмотрено задавание начальных распределений для основных расчетных характеристик.

Построенная модель была числено проинтегрирована на персональном компьютере при граничных условиях, заданных на подстилающей поверхности, верхней границе пограничного слоя атмосферы и боковых поверхностях моделируемой территории. В расчетах использовался метод прогонки, дополненный итерационной процедурой.

Поскольку построенная модель ориентирована на расчеты на мелкой сетке в целях получения детализированной картины гидрометеорологического режима пограничного слоя над неоднородной растительной поверхностью, для постановки боковых граничных условий использован метод вложенных сеток. При этом для всей области, охватывающей моделируемый район (внутренняя модель) и примыкающие к нему территории расчеты проводились по фоновой конечно - разностной модели, которая реализована на крупной сетке. Для расчетов во внутренней части территории используется мелкая (вложенная) сетка. При этом необходимые для вложенной сетки граничные условия рассчитываются с помощью по фоновой модели. Благодаря такому подходу размеры внутренней области детального моделирования можно значительно уменьшить, вместе с тем при необходимости высокий уровень разрешения можно распространить на всю область фоновой модели или ее некоторые районы. Такой алгоритм является много более экономичным, чем алгоритм ориентированный на расчеты сразу на мелкой сети, поскольку шаг по времени на последней требуется выбирать весьма малым. Для достижения равновесного режима на крупной сетке при использовании высокого значения критерия точности сходимости итерационного процесса наша модель требует около 3000 шагов, что составляет около суток и прекрасно согласуется с реальным временем установления экмановского пограничного слоя при стационарных внешних условиях. Приспособление расчетных характеристик на мелкой сетке к внешним условиям, вычисленных по крупной сетке, занимает еще около 250 - 300 шагов в зависимости от структуры поверхности для внутренней модели.

Результатом численного интегрирования на каждом временном шаге являлись профили основных показателей динамики водно - теплового режима фитосистемы и пограничного слоя атмосферы: температуры воздуха, почвы и фитоэлементов, влажности воздуха и эквивалентной влажности в подъустьичных полостях фитоэлементов, скорости ветра и энергии, масштаба и коэффициента турбулентности. С помощью этих характеристик рассчитываются потоки скрытого и явного тепла с поверхности, покрытой растительностью.

Построенная модель была испытана в одномерном, двухмерном и трехмерном вариантах. Численные эксперименты в одномерном варианте использовались для проверки и тестирования модели в смысле ее способности воспроизводить физические закономерности формирования основных гидрометеорологических характеристик растительного покрова. Вычисления, проведенные с использованием двухмерного варианта модели показали хорошее согласование расчетных характеристик с результатами, полученными ранее в исследованиях отечественных ученых по выяснению механизма влияния лесных полосы на турбулентный режим пограничного слоя атмосферы (Г.В. Менжулин, И.Б. Циприс, Л.П. Быкова). Однако, в "варианте нашей модели за счет наличия в ней блока тепло - и влагообмена удалось выявить и ряд новых, ранее неизвестных закономерностей влияния геометрических характеристик растительности в лесополосах на термический и влажностный режим приземного слоя атмосферы. В диссертации приводятся результаты модельных расчетов трансформации воздушного течения при натекании на опушку леса, которые сопоставлялись с данными натурных измерений. Обсуждаются также и эксперименты, проведенные с целью проверки устойчивости численного решения в случае резко неоднородной подстилающей поверхности при многополосной ветрозащитной системе.

Наиболее важным же свойством разработанной модели является ее трехмерность и возможность использования для расчетов нестационарных эффектов. Особый интерес в связи с этим представляет эксперимент по исследованию

(Б)

Рис. 1. Поле энергии турбулентности Ь (лг с:) над растительностью (Л = 35л() поперечном (А) (см. стрелку) и продольном (Б) (см. стрелку) натека воздушной массы на лесополосу (ЬА1-Члг-м~. // = 31 .и). Скорс геострофического ветра К).и-с '.

(А)

Рис. 2. Поле энергии турбулентности Ъ (м2 ■ с'2) в сечении (см. пунктирную линию 1 рис. 1) при поперечном (А) и продольном (Б) натекании воздушной массы 1 лесополосу.

ветрозащитного влияния лесных полос при разных направлениях скорост} натекающего воздушного потока. На рис.1, представлены горизонтальные сеченш поля энергии турбулентности на высоте 35 метров над поверхностью почвы дл! случаев поперечного (А) и продольного (Б) обдува лесополосы воздушный потоком.

Вертикальные сечения по пунктирной линии на рис.1 поля этого параметр; при поперечном (А) и продольном (Б) обдуве приведены на рис.2. Как видно и: приведенных рисунков расчетные данные позволяют достаточно оценит) эффективность лесополос при разных направлениях натекания на них приземной воздушного потока. Можно утверждать, что построенная модель пр! соответствующей постановке задачи может с успехом быть использована пр| проектировании лесных полос оптимальной конструкции.

Для нас наиболее важными были расчеты характеристик течения в пограничном слое атмосферы над конкретным типом растительности, так как это позволяет сравнить расчетные параметры с данными натурного эксперимента. В нашем распоряжении на этот счет имелись данные микроклиматических измерений на станции заповедной территории Золлинг (Германия).

На рис.3 и 4 представлены модельные расчеты поля вертикальной компоненты скорости воздуха и энергии турбулентности над лесной поверхностью заповедника Золлинг при северо-восточном направлении геострофического ветра скоростью в 5 м-с'1.

Полученная при численных экспериментах структура пространственного распределения вертикальной скорости и энергии турбулентности хорошо согласуется с распределением типов растительности на исследуемой территории. Для этих рисунков характерно заметное увеличение интенсивности турбулентности вблизи границ между различными типами лесных делянок.

На рис.5 представлены данные натурных экспериментов и результат модельного расчета вертикального профиля скорости ветра в приземном слое для старого ельника на территории заповедника Золлинг.

Как видно из этого рисунка построенная модель обеспечивает достаточш хорошее согласование расчетных и реальных данных.

В заключении диссертации обсуждаются вопросы использования результата диссертационного исследования для решения различных прикладных экологически: задач и комплексации будущих модельных разработок в рамках едины: компьютерных пакетов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проанализированы современные приемы теоретического описания энерго-: массопереноса в системе "агрофитоценоз-пограничный слой атмосферы", которы могут быть положены в основу нестационарной трехмерной модели е гидрометеорологического режима.

2. Обоснованы исходные предпосылки построения детализированно: многомерной модели агрофитоэкосистемы, учитывающей основные эффекть нестационарности энерго- и массообмена в лесных экосистемах сложного строения.

3. Реализован подход, базирующийся на параметрическом представлени: статистического режима коротковолновой солнечной радиации в трехмерном лесно; ценозе, представляющем собой крупнодисперсную оптическую среду.

4. Проанализированы и обоснованы базовые уравнения и гипотезь положенные в основу трехмерной нестационарной модели перенос гидрометеорорлогических субстанций в сложном по строению лесном фитоценозе.

5. Реализован подход к детальному описанию термического и водного режим фитоэлементов надземной части фитоценоза, базирующемся н двухпараметрическом их представлении.

Рис. л. Поле вертикальной составляющей скорости )г (и-с ') на участке заповеди территории Чоллииг (Германия) над растительностью (/; = 40 м). Стрел к отмечено направление ветра . Скорость геострофического ветра 5 м- с ' .

Рис. 4. Поле энергии турбулентности />(.!/'' -с на участке заповедной территорит Золлинг (Германия) над поверхностью растительностью. (См. рис. 3.).

Рис. 5. Профиль нормированной скорости ветра (ы/н50), расчет для заповедник Золлинг. Сплошная линия - модельные вычисления; значки экспериментальные данные.

6. При описании закономерностей тепло- и влагообмеиа растительное™ реализованы детализированные их зависимости от динамических факторов i гидротермических характеристик исследуемой системы.

7. Построены и обоснованы алгоритм и компьютерная программа расчет; характеристик трехмерного нестационарного гидрометеорологического режим; афофитоэкосистсмы.

8. Реализована трехмерная нестационарная комплексная модель ветрового турбулентного, температурного и влажностного режима лесной экосистемы npi наиболее общих предпосылках относительно ее геометрического строения.

9. Проведены численные эксперименты по построенной модели энерго-i массопереноса в фитоэкосистеме в вариантах одномерного, двухмерного i трехмерного представления ее строения.

10. Сделаны выводы о возможностях использования построенной модели npi решении практических задач агролесомелиорации и лесной экологии.

Публикации

1. 1996. Экспертная оценка закономерностей изменения химического состав; атмосферных осадков в зависимости от синоптической ситуации для территорш Центрального лесного биосферного заповедника. Отчет по Российско-Германском; проекту "Научные основы комплексного глобального экологического мониторинга включая мониторинг биосферных заповедников и других охраняемых территорий" Изд-во Министерства по защите окружающей среды Федеративной Республик! Германии, Бонн, (в печати) [ на русском и немецком языках]. Сооавторы: Выгодска: Н.Н. , Коржакова А.О., Согачева JI.M., Зубкова Т.А., Варлагин А.В

2. 1996. Характеристика химического состава воздуха в Центральном лесно» биосферном заповеднике. Отчет по Россиско-Германскому проекту "Научные ochobi комплексного глобального экологического мониторинга, включая мониторин биосферных заповедников и других охраняемых территорий". Изд-во Министерств: по защите окружающей среды Федеративной Республики Германии. Бонн. О печати), [на русском и немецком языках]. Соавторы: ГравенхорстГ., Выгодская Н.Н.

3. 1996. Обеспечение создания единой системы Европейских стандартов наблюденш по экологическому фоновому мониторингу на базе Центрального лесноп биосферного заповедника. Доклады Всероссийского совещания по мониторинг биофитоценозов". Москва, Наука, с. 17-23. Соавторы: Выгодская.Н.Н., Пузаченк« Ю.Г., Завельская Н.А

и др.

4. 1995. The Assessmcnt of Multiscale Measurements of C02 and H20 Fluxes in th Siberian Tayga. Journal of Biogeography, 22. p.425-431. Соавторы: Kelliher F. E.D.Schultze, N.N.Vygodskaya, A.Varlagin, KKobak, J.Bayers, G.Bauer, A.Arneth J.Hunt, T.McSeveny,

5. 1995. Above-ground Biomass and Nitrogen Nutrition in a Chronosequcncess of Pristin Dahurian Larix Stands in Eastern Siberia. Canadian Journal of Forest Researches, 2f p.943-960. Соавторы: Schulze E.D., W.Scheltin, F.Kcliiher, N.N.Vygodskaya, W. Zeiglei K.Kobak , H.Koch, A.Arneth, W.Kusnetsova, A. Issajcv, G.Bauer, D.HoIlinger,

6. 1996. The Mesoscale Model of Atmosphcric Boundary Layer over Nature Nongomogenious Végétation Surface. Transactions of Institute of Biometeorolog} Goetingen University. Germany. (in prcss). Соавтор: G. Menzhulin