Parameterization of Water Transparency in Natural Water Bodies

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A new parameterization is presented to describe the space and time variations of Secchi depth depending on the integral phytoplankton biomass and surface water temperature. The parameterization was verified against field data in lakes with different types of physiographic and chemical–biological characteristics—from deep oligotrophic northern regions of Lake Ladoga to shallow hypereutrophic Pskovskoe Lake. The results of verification show that the new parameterization can be used for solving a wide range of either hydrothermodynamic or hydrobiological problems. In particular, in the simulation of the thermal regime of water bodies, the proposed parameterization can be used to evaluate the coefficient of extinction of solar radiation. In the development of models to describe aquatic ecosystem functioning, the new parameterization can be used to evaluate the thickness of the trophogenic layer and phytoplankton primary production.

About the authors

S. D. Golosov

Institute of Limnology, Russian Academy of Sciences, a Structural Department of the St. Petersburg Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, 196105, St. Petersburg, Russia

Email: sergey_golosov@mail.ru
Россия, 196105, Санкт-Петербург

I. S. Zverev

Institute of Limnology, Russian Academy of Sciences, a Structural Department of the St. Petersburg Federal Research Center, Russian Academy of Sciences, 196105, St. Petersburg, Russia

Email: sergey_golosov@mail.ru
Россия, 196105, Санкт-Петербург

A. Yu. Terzhevik

Institute of Water Problems of the North, Karelian Research Center, Russian Academy of Sciences, 185910, Petrozavodsk, Russia

Author for correspondence.
Email: sergey_golosov@mail.ru
Россия, 185910, Петрозаводск

References

  1. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов. Л.: Наука, 1983. 149 с.
  2. Винберг Г.Г. Первичная продукция водоемов. Минск, 1960. 329 с.
  3. Ерлов Н.Г. Оптика моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 248 с.
  4. Ладога / Под ред. В.А. Румянцева, С.А. Кондратьева. СПб.: Нестор-История, 2013. 468 с.
  5. Минеева Н.М. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги. Ярославль: Принтхаус, 2009. 279 с.
  6. Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде Волжских водохранилищ. М.: Наука, 2004, 156 с.
  7. Минеева Н.М. Содержание фотосинтетических пигментов в водохранилищах Верхней Волги (1994–2003 гг.) // Биология внутренних вод. 2006. №1. С. 31–40.
  8. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975. 740 с.
  9. Секи Х. Органические вещества в водных экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 199 с.
  10. Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л.: Наука, 1990. 178 с.
  11. Хатчинсон Д. Лимнология. М.: Прогресс, 1969. 591 с.
  12. Хендерсон-Селлерс Б. Инженерная лимнология. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 335 с.
  13. Buiteveld H. A model for calculation of diffuse light attenuation (PAR) and Secchi depth // Neth. J. of Aquat. Ecol.1995. № 29. P. 55–65.
  14. Bukata R.P., Jerome J.H., Kondratyev K.Y., Pozdnyakov D.V. Optical Properties and Remote Sensing of Inland and Coastal Waters. CRC Press. 1995. 362 p.
  15. Carlson R.E. A trophic state index for lakes // Limnol. Oceanogr. 1977. № 22. P. 361.
  16. Davies-Colley R.J., VantW.N., Smith D.G. Colour and Clarity of Natural Waters: Science and Management of Optical Water Quality. Caldwell, New Jersey: Blackburn Press, 2003. 310 p.
  17. Effler S.W., Gelda R.K., Bloomfield J.A., Johnson D.L. 2001. Modeling the effects of tripton on water clarity: Lake Champlain // J. Water Resour. Plan. Manage. −ASCE 127. 2001. P. 224– 234
  18. Effler S.W., Perkins M. Limnological and Engineering Analysis of a Polluted Urban Lake / Ed. S.W. Effler. New York: Springer Ser. Environ. Manage. Springer-Verlag, 1996. 832 p.
  19. Gieskes W.W.C., Veth C., Woehrmann A., Graefe M. Secchie disk visibility world record shattered // Eos. 1986. № 68. P. 123.
  20. Goericke R., Welschmeyer N.A. Response of Sargasso Sea phytoplankton biomass, growth rates and primary production to seasonally varying physical forcing // J. Plankton Res. 1998. V. 20. № 12. P. 2223–249. https://doi.org/10.1093/plankt/20.12.2223
  21. Golosov S., Zverev I., TerzhevikA. et al. On the parameterization of phytoplankton primary production in water ecosystem models // J. Phys. Conf. Ser. 2131 032079. 2021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2131/3/032079
  22. Hakanson L. Models to Predict Secchi Depth in Small Glacial Lakes // Aquat. Sci. 1995. № 57. P. 31–53.
  23. Hakanson L., Boulion V.V. A model to predict how individual factors influence Secchi depth variations among and within lakes // Int. Rev. Hydrobiol. 2003. № 88. P. 212–232.
  24. Hedström K.S. Technical manual for a coupled sea-ice/ocean circulation model. New Brunswick, NJ: Rutgers Univ. Rep., 2000. 110 p.
  25. Lee Z., Shang S., Du K., Lin G., Liu T., Zoffoli L. Estimating the transmittance of visible solar radiation in the upper ocean using Secchi disk observations // J. Geophys. Res.: Oceans. 2019. № 124. P. 1434–1444. https://doi.org/10.1029/2018JC014543
  26. LewisM.R., CarrM., Feldman G., Esaias W., McMclain C. Influence of penetrating solar radiation on the heat budget of the equatorial Pacific Ocean // Nature. 1990. № 347 (6293). P. 543–545. https://doi.org/10.1038/347543a0
  27. Margalef R. Typology of reservoirs // Verh. Int. Ver. Limnol. 1975. V. 19. № 3. P. 1847–1848.
  28. Mellor G.L. Users guide for a threedimensional, primitive equation, numerical ocean model. Princeton, NJ: Princeton Univ. Rep., 2002. 42 p.
  29. Oberhuber J.M. Simulation of the Atlantic circulation with a coupled sea ice-mixed layer-isopycnal general circulation model. Part I: Model description // J. Phys. Oceanogr. 1992. № 23. P. 808–829.
  30. Poole H.H., Atkins W.R.G. Photo-electric measurement of submarine illumination throughout the year // J. Mar. Biol. Assoc. 1929. № 16. P. 297–324.
  31. Talling J.F. Comparative laboratory and field studies of photosynthesis by a marine planktonic diatom // Limnol. Oceanogr. 1960. V. 5. № 1. P. 62–77.
  32. Sathyendranath S., Gouveia A.D., Shetye S.R., Ravindran P., Platt T. Biological control of surface temperature in the Arabian Sea // Nature. 1991. № 349 (6304). P. 54–56. https://doi.org/10.1038/349054a0
  33. Swift T.J., Perez-Losada J., Schladow S.G., Reuter J.E., Jassby A.D., Goldman C.R. Water clarity modeling in Lake Tahoe: Linking suspended matter characteristics to Secchi depth // Aquat. Sci. 2006. № 68. P. 1–15 https://doi.org/10.1007/s00027-005-0798-x
  34. Van Duin E.H.S., Blom G., Los F.J., Maffione R., Zimmerman R., Cerco C.F., Dortch M., Best E.P.H. Modeling underwater light climate in relation to sedimentation, resuspension, water quality and autotrophic growth // Hydrobiologia. 2001. № 444. P. 25–42.
  35. Weidemann A.D., Bannister T.T. Absorption and scattering coefficients in Irondequoit Bay // Limnol. Oceanogr. 1986. № 31. P. 567–583.
  36. Westlake D.F., Adams M.S., Bindloss M.E. et al. Primary production // The Functioning of Freshwater Ecosystems. IBP 22. Cambridge: Univ. Press, 1980. P. 141–246.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (313KB)
3.

Download (542KB)
4.

Download (70KB)
5.

Download (241KB)

Copyright (c) 2023 С.Д. Голосов, И.С. Зверев, А.Ю. Тержевик

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».