Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Результаты воспроизведения гидрофизических характеристик Ладожского озера с использованием 2-х моделей, Санкт-Петербургской модели эвтрофикации (SPBEM), разработанной в Санкт-Петербургском филиале Института Океанологии им. П.П. Ширшова РАН и модели института Озероведения РАН (ISHM) сравнивались с данными контактных и спутниковых измерений, а так же между собой. Результаты анализа показали, что в целом обе модели достаточно адекватно воспроизводят межгодовую изменчивость характеристик Ладожского озера. При этом обе модели несколько занижают поверхностную температуру озера по сравнению с данными спутникового мониторинга, что может быть следствием особенностей дистанционных измерений, которые отражают температуру непосредственно поверхности, в то время как модельные оценки отражают температуру верхней расчетной ячейки, толщина которой составляет 2м. Показано, что модель SPBEM лучше воспроизводит вертикальную термическую структуру вод в летний период. Недостаточная точность воспроизведения вертикальной структуры моделью ISHM может быть связана с использованием устаревшей схемы параметризации вертикального турбулентного обмена. На основании результатов моделирования была выполнена оценка климатических изменений гидрофизических характеристик вод Ладожского озера за период с 1980 по 2018 гг. Показано, что средняя температура поверхности Ладожского озера в период 1980–2018 гг. испытывала колебания, причём её среднее годовое значение изменилось от 5,43 (6,05) °С в 1980г. до 6,50 (7,35) °С в 2018 г. соответственно по данным SPBEM и ISHM. Это увеличение температуры на 1,2 °С было больше в период биологического лета, когда оно составило 1.6 °С, и меньше в зимний период (0,8°С). Вместе с тем среднегодовая температура всего озера (от поверхности до дна) в рассматриваемый период изменилась меньше, чем поверхностная: от 4,07 (4,68) °С в 1980г. до 4,7 (5,4) °С в 2018 г. соответственно по данным SPBEM и ISHM, т.е. всего лишь на 0,4 °С. Площадь льда в рассматриваемый период сокращалась в среднем на 85 и 60 км2 в год соответственно по оценкам SPBEM и ISHM. Продолжительность периода существования льда уменьшилась от 186(173) дней в 1980г. до 162(161) дней в 2018 г. соответственно по данным SPBEM и ISHM. Воспроизведенная межгодовая изменчивость содержания общего и минерального фосфора в водной среде озера отражает динамику внешней биогенной нагрузки, хотя и сдвинута по времени. Можно выделить период с 1980 по 1995 гг. с высокой среднегодовой концентрацией общего фосфора (25,8±1,16 мг/м3), период её снижения в 1995 – 2003гг. и период 2003-2020гг., для которого характерна низкая среднегодовая концентрация (16,3±0,87 мг/м3). Воспроизведенное среднегодовое содержание минерального фосфора для периода с 1980 по 1995 гг. составляет 12,59±1,84 мг/м3, а для периода с 2003 по 2020 гг. – 7,56±1,34 мг/м3. Отметим временной сдвиг в 3-4 года между началом снижения внешней нагрузки и началом снижения содержания фосфора в озере. Оценки средних по акватории озера значений рассчитанной биомассы фитопланктона показывают, что для периода 1980 – 1995 гг. средняя биомасса в вегетативный период (май-октябрь) составляет 1,5±0,7 г/м3, а для периода 2003-2020 гг. 0,8±0,5 г/м3. Максимальные значения биомассы в период весеннего цветения диатомовых водорослей достигают 4-4,5 г/м3 в первый из обозначенных временных интервалов и 2-3 г/м3 – во второй. Воспроизведенные уровни первичной продукции изменяются в диапазоне 550 – 850 мгС/м2/сут, достигая в отдельные годы максимальных значений 1000 - 1200 мгС/м2/сут, для периода 1980 – 1995 гг. и уменьшаются до 250 – 500 мгС/м2/сут для периода 2003 – 2020 гг. Оценка времени оборота общего фосфора в водах озера выполнялась по формуле: T = C V/F, где T = время оборота фосфора (годы), C – средняя концентрация фосфора в озере (мг/м3), в качестве которой обычно используется концентрация фосфора в период максимального зимнего накопления, V – объём озера (км3) и F – поступление фосфора в озеро (тонны в год). Согласно результатам расчетов, С= 26 (мг/м3) и F=4271 тонн P/год в среднем для периода 1980-2020гг.; объём (в соответствии с расчетной сеткой) V=890 км3. В результате получаем, что скорость оборота фосфора в Ладожском озере составляла примерно 5.4 года для периода 1980-2020гг. Выполнен анализ более 3500 высокоразрешающих спутниковых снимков Sentinel-1A/B за период с января 2016 по декабрь 2022 года. Представлены обобщенные карты повторяемости субмезомасштабных структур на акватории озера за год и по сезонам. Получены среднегодовые и сезонные оценки изменчивости среднего диаметра вихрей в целом и с учетом типа вращения. Показано, что субмезомасштабные вихри являются распространенным явлением на всей акватории озера в период развития термической стратификации и присутствия приповерхностного пикноклина. Чаще всего регистрировались циклонические структуры размерами до 3 км, что не превышает оценок среднего радиуса деформации Россби для Ладожского озера. Значительной межгодовой изменчивости в их характеристиках не прослеживалось, они были близки к средним многолетним. Выявлено наличие выраженной внутригодовой изменчивости характеристик субмезомасштабных структур, как в частоте и местах встречаемости, так и, в меньшей степени, в их размерах. Установлено, что наиболее часто вихри наблюдались в районах с глубинами 50-100 метров, вблизи областей фронтальных зон различного генезиса. На отдельных примерах показано, что неустойчивость в области фронтальных зон в Ладожском озере может быть одной из доминирующих причин появления групп малых вихрей в условиях, когда топографические эффекты и влияние ветра не должны быть существенными.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках проекта в 2025 г. были выполнены расчеты по исследованию реакции экосистемы Ладожского озера в период 1980-2020гг. на различные внешние воздействия. Использовалась адаптированная для условий Ладожского озера трехмерная модель, объединяющая гидротермодинамический модуль на основе модели MITgcm (Massachusetts Institute of Technology general circulation model, модель общей циркуляции Массачусетского технологического института) и биогеохимический модуль SPBEM (Saint-Petersburg Baltic Eutrophication Model, Санкт-Петербургская модель эвтрофикации Балтийского моря), описывающий круговороты азота, фосфора и динамику фито- и зоопланктона. Численные эксперименты с моделью для периода 1980–2020 гг. были выполнены по следующим шести сценариям, отражающим различные варианты атмосферного воздействия и поступления биогенных элементов в озеро: • Сценарий 1 (опорный): учитывает наблюдаемую межгодовую изменчивость атмосферного воздействия и внешней биогенной нагрузки. • Сценарий 2: оценка влияния изменчивости только биогенной нагрузки (атмосферное воздействие задано как «среднее», соответствующее сезонным изменениям в 2004 году). • Сценарий 3: оценка влияния климатических изменений (изменчивое атмосферное воздействие при постоянной средней нагрузке). • Сценарии 4 и 5: оценка реакции на экстремальные значения постоянной нагрузки (+75% и -42% по отношению к среднему значению) при изменчивом атмосферном воздействии. • Сценарий 6: оценка влияния аквакультуры. Нагрузка от форелеводства реконструирована по аналогии с Онежским озером с учётом достижения современного уровня производства ~15 000 т/год товарной форели, что добавляет ~1.5% к общему поступлению биогенных элементов в озеро. Основные научные результаты • Оценка влияния климата и нагрузки: Показано, что внешняя биогенная нагрузка является основным фактором, определяющим многолетнюю динамику характеристик экосистемы озера в 1980-2020гг. Вклад изменений климата в высоко детерминированные линейные тренды изменения зимней концентрации фосфатов, биомассы фитопланктона и годовой продукции фитопланктона в фотическом слое составил всего лишь 24%, 10% и 21%, соответственно. • Компенсационный эффект потепления: Снижение первичной продукции из-за уменьшения внешней нагрузки частично компенсируется климатическим потеплением, стимулирующим продукционно-деструкционные процессы. • Дифференцированный отклик фитопланктона: Выявлены различные механизмы регуляции для диатомовых и недиатомовых водорослей. Биомасса диатомовых тесно связана с зимним запасом фосфатов (коэффициент корреляции r=0.79), тогда как первичная продукция недиатомовых определяется в основном рециклингом фосфора в фотическом слое (r = 0,96) и сильнее зависит от температуры воды. • Нелинейная реакция на изменение нагрузки: Экосистема проявляет высокую чувствительность к изменению поступления биогенных элементов. Уменьшение внешней нагрузки на 42% (сценарий 5) привело к снижению биомассы фитопланктона на 54.9%, тогда как увеличение нагрузки на 75% (сценарий 4) вызвало рост биомассы на 74.4%. • Оценка влияния аквакультуры: Моделирование показало статистически значимое, но количественно незначительное влияние современного уровня развития аквакультуры на экосистему озера в целом (изменения ключевых показателей при учёте поступления биогенных элементов от аквакультурных хозяйств составляют <2.5%). Наиболее выражен рост продукции диатомовых водорослей (+2.08%). Подчеркнута необходимость использования моделей высокого разрешения для более точной оценки локального воздействия в шхерных районах. • Фенологические сдвиги: Анализ сезонной динамики выявил перестройку сукцессии фитопланктона за 40 лет: смещение весеннего и летнего максимумов диатомовых на более ранние сроки (на 8 и 7.6 дней, соответственно) и увеличение продолжительности вегетационного периода недиатомовых водорослей на 5.6 дней. Отмеченные фенологические сдвиги вероятнее всего вызваны повышением температуры воды фотического слоя в вегетационный период (май-октябрь) на 1,6°С за период с 1980 по 2020 годы. Создание информационного продукта Разработан и размещен в открытом доступе электронный атлас "Атлас характеристик и пространственного распределения субмезомасштабных вихрей и термобара по спутниковым данным в Ладожском озере с 2016 по 2022 гг.": https://spb.ocean.ru/monografii-atlasy-sborniki/atlas-kharakteristik-i-prostranstven/ . Атлас объемом 193 Мб содержит систематизированные данные о вихревых структурах и положении термобара. Подготовлен пакет документов для регистрации базы данных в Роспатенте. Научная значимость и перспективы применения Полученные количественные оценки вклада климатических и антропогенных факторов создают основу для научно обоснованного прогнозирования состояния экосистемы Ладожского озера и разработки управленческих решений в условиях меняющейся среды.