ИСТИНА

Получение достоверной информации о потоках парниковых газов с помощью измерений, проводимых на станциях мониторинга с использованием метода турбулентных пульсаций (eddy covariance), требует комплексной проверки возможных погрешностей проводимых измерений с использованием как традиционных методов обработки данных, так и методов физико-математического моделирования. Особенно существенные погрешности в измерении потоков могут быть связаны с пространственной неоднородностью ландшафтной структуры вокруг измерительной станции, включая сложный рельеф и мозаичную структуру растительности. Целью данного исследования является оценка пространственной неоднородности вертикальных потоков диоксида углерода (СО2) над лесным участком лесоэкологического стационара «Ляльский» в республике Коми. Для изучения пространственной неоднородности потоков СО2 была использована трехмерная математическая RANS-модель (Reynolds averaged Navier-Stokes) эмиссии, поглощения и переноса парниковых газов. Динамическая часть модели основана на решении осредненного векторного уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности с использованием полуторного порядка замыкания, базирующегося на гипотезе Буссинеска, для расчета компонент скорости ветра и коэффициента турбулентности. Расчет поля скорости ветра и коэффициента турбулентности осуществляется с учетом структуры растительности и рельефа на исследуемой площадке. Трехмерное поле концентрации CO2 находится из начально-краевой задачи для уравнения адвекции-диффузии с учетом источников CO2 за счет почвенного дыхания и дыхания стволов и ветвей деревьев, а также стоков за счет фотосинтеза. Используемая схема является компромиссом между вычислительной сложностью модели, ее точностью и доступными экспериментальными данными для ее валидации. Для верификации модели использовались данные измерений потоков парниковых газов на станции долговременного мониторинга методом турбулентных пульсаций. В результате модельных экспериментов, имитирующих разные погодные условия и ветровой режим, была выявлена существенная пространственная изменчивость потоков СО2 в пределах исследуемого лесного участка. Максимально высокая изменчивость потоков отмечалась на участках с сильно неоднородным рельефом и вблизи границ раздела растительных сообществ. Модельные расчеты показали, что внутри полога растительности потоки СО2 преимущественно положительны за счет значительного вклада в результирующий поток почвенного дыхания. Над растительным покровом в дневные часы отмечалась преобладающее поглощение СО2 из атмосферы (до 26 мкмоль/м2с) за счет активного фотосинтеза лесной растительности. Сравнение смоделированных и измеренных потоков СО2 показало их хорошее соответствие.