На основе численного моделирования изучается пространственно-временное распределение потоков CO2 через свободную поверхность Черного моря. Основным уравнением для решения этой задачи является трехмерное эволюционное уравнение переноса – диффузии для концентрации растворенного неорганического углерода. При моделировании в качестве входных параметров используются гидродинамические поля, являющиеся результатом проведенного ранее физического реанализа. Для описания влияния биологических факторов на распределение растворенного углекислого газа используется модель нижнего уровня пищевой цепи экосистемы Черного моря. По результатам численного моделирования были рассчитаны концентрация и равновесное парциальное давление растворенного углекислого газа в поверхностном слое Черного моря. Показано, что зависимость от времени этих величин носит выраженный сезонный характер. На растворимость углекислого газа и, следовательно, на его потоки существенно влияет температура морской воды. Осредненное по площади Черного моря равновесное парциальное давление углекислого газа минимально в январе – феврале и максимально в июне – июле. Соответственно в теплый сезон поток углекислого газа направлен преимущественно из моря в атмосферу, в холодный сезон море в основном поглощает углекислый газ. На содержание CO2 в море влияют также биологические факторы. Так, в начале года почти по всей акватории Черного моря наблюдается высокая концентрация фитопланктона, из-за чего преобладает поглощение углекислого газа в процессе фотосинтеза. Летом преобладает выделение углекислого газа вследствие дыхания планктона и окисления органического вещества. Результаты моделирования достаточно хорошо согласуются с натурными измерениями равновесного парциального давления растворенного углекислого газа, полученными в ходе научных рейсов.
Based on numerical simulation, the paper studies the spatiotemporal distribution of CO2 fluxes through the free surface of the Black Sea. The basic equation for solving this problem is the three-dimensional evolutionary transport–diffusion equation for the concentration of dissolved inorganic carbon. The simulation uses hydrodynamic fields resulting from a previous physical reanalysis as input parameters. A model of the lower level of the Black-Sea ecosystem food chain is used to describe the influence of biological factors on the dissolved carbon dioxide distribution. The concentration and equilibrium partial pressure of dissolved carbon dioxide in the surface layer of the Black Sea were calculated from the numerical simulation results. It is shown that the time dependence of these quantities is highly seasonal. The seawater temperature significantly affects the solubility of carbon dioxide and therefore its fluxes. The equilibrium partial pressure of carbon dioxide averaged over the area of the Black Sea is minimal in January–February and maximal in June–July. Accordingly, in the warm season, the flux of carbon dioxide is directed mainly from the sea to the atmosphere; in the cold season, the sea mainly absorbs carbon dioxide. Biological factors also influence the CO2 content in the sea. Thus, at the beginning of the year, a high concentration of phytoplankton is observed almost throughout the entire Black Sea water area, which is why the absorption of carbon dioxide predominates during photosynthesis. In summer, the release of carbon dioxide predominates due to plankton respiration and oxidation of organic matter. The simulation results are in fairly good agreement with
Текст статьи не включен.