• EnglishEnglish
  • Tlen (model 3D CEMBS)

    Tlen (model 3D CEMBS)

    sb_tlen_fig1Rozpuszczony tlen obliczony za pomocą modelu ekosystemu Morza Bałtyckiego 3D CEMBS (3D Coupled Ecosystem Model of the Baltic Sea). W serwisie SO SatBałtyk rozkłady stężeń rozpuszczonego tlenu na powierzchni oraz na różnych głębokościach podawane są w gramach na metr sześcienny [g/m3], cztery razy na dobę, w postaci map o rozdzielczości 1 km.

    Metodyka wyznaczania tlenu w modelu 3D CEMBS

    Rozpuszczony tlen jest obliczany z wykorzystaniem prognostycznego modelu ekohydrodynamicznego 3D CEMBS [1] [2]. Jako warunki brzegowe na powierzchni morza wykorzystywane są dane atmosferyczne z prognostycznego modelu UM (ICM Uniwersytetu Warszawskiego). Model posiada otwartą granicę z Morzem Północnym w celu lepszego odwzorowania zmian związanych z wlewami wód z tego regionu. Model 3D CEMBS jest wyposażony w moduł dopływów rzecznych, który dostarcza informacji na temat ilości słodkiej wody dostarczanej z 72 rzek oraz ilości substancji biogenicznych przez nią niesionych. Dodatkowo moduł atmosferyczny dostarcza informacji o substancjach biogenicznych dostających się do Morza Bałtyckiego wraz z opadami. W celu zapewnienia jak najdokładniejszego odwzorowania mieszania w pionie zastosowano parametryzację KPP. Wyniki modelowe mają rozdzielczość poziomą ok. 2 km. W pionie model jest podzielony na 21 warstw. Pierwsze cztery warstwy mają grubość 5 metrów. Grubość pozostałych warstw rośnie wraz z głębokością. Wyniki dostarczane do systemu SO SatBałtyk zostały interpolowane na siatkę o rozdzielczości 1 km. Model posiada moduł asymilacji danych satelitarnych (temperatury powierzchni morza oraz stężenia chlorofilu a), pochodzących z czujnika MODIS umieszczonego na satelicie Aqua (EOS PM). Do asymilacji wykorzystywana jest metoda Cressmana [3]. Polega ona na obliczeniu, dla każdego punktu na siatce modelowej, wartości temperatury oraz stężenia chlorofilu a na podstawie danych z poprzedniej prognozy modelu oraz danych satelitarnych uwzględnianych z wagą zależną od odległości między tymi danymi oraz od dokładności wyników. Algorytm pomija obszary zachmurzone oraz dane satelitarne znacznie odbiegające od wartości modelowych. W związku z tym, że chlorofil a ma rozkład logarytmicznie normalny, wszystkie operacje w procesie jego asymilacji wykonywane są dla zlogarytmowanych wartości.

    Walidacja (ocena dokładności)

    sb_tlen_fig2Dokładność wyników modelowych została oszacowana poprzez ich porównanie z dostępnymi pomiarami wykonanymi w ramach monitoringu prowadzonego w ramach ICES w latach 2010-2014. Błąd statystyczny, wyrażony jako odchylenie standardowe różnic, oszacowano na 0,98 g/m3. Natomiast błąd systematyczny (średnia różnica) wynosił 0,07 g/m3. Zależność między wartościami obliczonymi przez model oraz zmierzonymi w morzu podczas rejsów monitoringowych przedstawiono na rysunku.

    Interesujące zjawiska dotyczące rozpuszczonego tlenu

    Strefy martwych wód

    W związku z ograniczoną wymianą wód z Morzem Północnym oraz stałą, silną stratyfikacją halinową w centralnej części Bałtyku, na wodach głębinowych występują regularne okresy stagnacji. Takie okresy charakteryzuje wyczerpywanie się azotanów, rosnące stężenie fosforanów i amoniaku, a także obniżenie się zasolenia i zawartości rozpuszczonego tlenu na dużych głębokościach, co często skutkuje w pojawianiu się trującego siarkowodoru. Poprawa tej sytuacji może nastąpić jedynie podczas ekstremalnych zjawisk napływu słonych i bogatych w tlen wód z Morza Północnego. Takie silne wlewy występują jednak bardzo rzadko (pojedyncze zjawiska w ciągu dekady).

    Hypoksja, czyli spadek stężenia tlenu w wodach głębinowych poniżej 2 g/m3 (zaznaczony na rysunku na czerwono) lub anoksja (całkowite wyczerpanie tlenu, zaznaczone na czarno) silnie postępowały w minionym stuleciu obejmując coraz większe rejony Morza Bałtyckiego prowadząc do zaniku obecności wyższych form życia w strefach głębinowych [4]. Prognozuje się, że spadek nasycenia tlenem będzie narastał wraz z rosnącymi temperaturami mórz spowodowanymi zmianami klimatycznymi [5].

    sb_tlen_fig3

    Odnośniki do parametru w Systemie SatBałtyk:

    Tlen (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    Tlen:3m (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    Tlen:5m (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    Tlen:10m (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    Tlen:20m (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    Tlen:30m (model 3DCEMBS) (dla zalogowanych użytkowników)

    [1] Dzierzbicka-Głowacka L., Jakacki J., Janecki M., Nowicki A., 2013, Activation of the operational ecohydrodynamic model (3D CEMBS) - the hydrodynamic part, Oceanologia, 55(3), 519-541, doi:10.5697/oc.55-3.519

    [2] Dzierzbicka-Głowacka L., Janecki M., Nowicki A., Jakacki J., 2013, Activation of the operational ecohydrodynamic model (3D CEMBS) - the ecosystem module, Oceanologia, 55(3), 543-572, doi:10.5697/oc.55-3.543

     [3] Nowicki A., Dzierzbicka-Głowacka L., Janecki M., Kałas M., 2014, Assimilation of the satellite SST data in the 3D CEMBS model, Oceanologia, 57(1), 17-27, doi:10.1016/j.oceano.2014.07.001

    [4] Carstensen J., Andersen JH., Gustafsson BG., Conley DJ., 2014, Deoxygenation of the Baltic Sea during the last century, PNAS, 111 (15), 5622-5627, doi:10.1073/pnas.1323156111

    [5] Helcom, 2009, Eutrophication in the Baltic Sea – An integrated thematic assessment of the effects of nutrient enrichment and eutrophication in the Baltic Sea region. Balt. Sea Environ. Proc. No. 115B.