PCLake

PCLake

PCLake는 얕은 호수와 연못에서 에우트로피케이션 효과를 연구하는데 사용되는 동적 수학적 모델이다.PCLake 모델은 영양소 순환의 일반적인 틀 내에서 가장 중요한 생물학적 그룹과 그 상호관계를 명시적으로 나타낸다.PCLake는 과학자와 물 관리자들이 모두 사용한다.PCLake는 2019년 PCLake+[1]까지 연장돼 층화 호수에 적용할 수 있다.

배경

전형적으로 얕은 호수는 대조적인 두 가지 대안적인 안정 상태 중 하나인데,[2] 즉 물에 잠긴 마크로피스와 피식성 물고기가 있는 맑은 상태 또는 식물성 플랑크톤과 휜 히버성 물고기가 지배하는 탁한 상태라는 것이다.한 상태에서 다른 상태로의 전환은 주로 생태계에 영양소(인산염과 질소)의 투입에 의해 추진된다.[3]영양소 하중이 임계값을 초과하면 영양소 하중이 투명 상태에서 탁한 상태로 전환된다.도시 수질 오염과/또는 유역 지역의 집약적인 농업의 결과, 세계의 많은 얕은 호수와 연못은 탁한 물과 열악한 생태학적 질로 인해 비위생적인 상태에 있다.이 탁한 상태에서 호수는 독성이 있는 시아노박테리아(푸른 녹조라고도 한다)의 녹조 발생도 받게 된다.그러나 스위치 백에 대한 임계 영양소 하중이 탁한 상태를 향한 임계 하중보다 낮은 경우가 많기 때문에 투명한 상태의 회복은 어렵다.따라서 영양소 입력을 낮추면 자동으로 스위치가 맑은 물 단계로 되돌아가지 않는다.따라서 이 시스템은 이력(hysteresis)을 나타낸다.

적용

PCLake는 얕은 호수와 연못에 대한 부영화의 영향을 연구하기 위해 설계되었다.[4]한편, 이 모델은 과학자들이 이러한 생태계의 일반적인 행동을 연구하는 데 사용된다.예를 들어 PCLake는 대체 안정 상태와 이력(hysteresis)의 현상을 이해하기 위해 사용되며, 그러한 관점에서 수심이나 수심이나 수심(水心)[5] 길이와 같은 호수 특성의 상대적 중요도를 이해하는데 사용된다.또한 얕은 호수에 대한 기후 온난화의 잠재적 영향도 연구되었다.[6]반면 PCLake는 탁한 상태를 바람직하지 않은 것으로 간주하는 호수 수자원 관리자에 의해 적용된다.그들은 모델을 사용하여 특정 호수에 대한 임계 하중을 정의하고 복원 조치의 효과를 평가할 수 있다.이를 위해 메타 모델도 개발되었다.[7]메타 모델은 물 관리자에 의해 전체 동적 모델을 실행할 필요 없이 몇 개의 중요한 매개변수에 근거하여 특정 호수에 대한 임계 하중 값의 추정치를 도출하는 데 사용될 수 있다.[8]

PCLake를 사용하여 시뮬레이션한 호수
nr 호수명 나라 깊이(m) 호수 면적(km2)
1 홀랜드안케벤[9] 네덜란드 1.3 0.85
2 베르그세 아흐터플라스[9] 네덜란드 2.0 0.41
3 베르그세 보오플라스[9] 네덜란드 2.0 0.60
4 벌레이커위드[9] 네덜란드 1.8 13.00
5 봇솔, 그로테 위제[9] 네덜란드 2.0 0.53
6 카아그, 노리메어[9] 네덜란드 2.4 3.20
7 랑게라르, 게르플라스[9] 네덜란드 1.9 0.28
8 로즈드레흐트[9] 네덜란드 2.2 9.40
9 나오든, 그롯 미어[9] 네덜란드 1.3 1.70
10 나오든, 비데 블릭[9] 네덜란드 1.0 0.38
11 르우위크, 니우웬브룩[9] 네덜란드 1.8 1.04
12 노다인더[9] 니우코프 네덜란드 3.0 1.50
13 니우코프[9], 주이딘더 네덜란드 3.0 1.00
14 르우위크, 엘프호벤[9] 네덜란드 2.0 1.09
15 웨스테인더플라센[9] 네덜란드 2.8 8.52
16 주이다아르데르메르[9] 네덜란드 1.0 6.00
17 난뉴이드[9] 네덜란드 1.0 1.00
18 블랭카트[9] 벨기에 1.0 0.30
19 마텐 13[9] 벨기에 0.8 0.03
20 비스비제르[9] 벨기에 0.8 0.01
21 가라[9], 가라 아일랜드 1.0 2.03
22 맘위[9] 아일랜드 2.0 0.27
23 물라흐[9] 아일랜드 2.3 0.35
24 폴라푸카[9] 아일랜드 6.8 19.74
25 라모르[9] 아일랜드 3.0 7.41
26 루크나즈노[9] 폴란드 1.8 6.30
27 와알보젬[9] 네덜란드 3.8 0.78
28 빈넨베디크테 마스[9] 네덜란드 4.0 1.58
29 브리엘스 미어[9] 네덜란드 5.5 4.91
30 볼케라크[9] 네덜란드 5.0 45.70
31 줌메어[9] 네덜란드 6.0 15.80
32 우드[9] 베넨 2 네덜란드 1.3 0.10
33 벨루웨메르[9] 네덜란드 1.6 32.40
34 울더위드[9] 네덜란드 1.9 18.00
35 눌데르노우[9] 네덜란드 2.1 8.70
36 드론테르메르[9] 네덜란드 1.3 5.40
37 브라세머미어[9] 네덜란드 3.9 4.52
38 랑게라르, 노오르딘데[9] 네덜란드 1.9 0.75
39 뮤 넬[9] 네덜란드 4.5 1.16
40 헤트[9] 홀 네덜란드 1.0 0.30
41 코르텐호프[9] 네덜란드 1.2 1.93
42 스티흐츠안케벤[9] 네덜란드 1.0 1.00
43 프리시안 호수(평균)[9] 네덜란드 1.4 5.18
44 엔소[9] 덴마크 1.9 0.11
45 네데르소[9] 덴마크 1.6 0.14
46 소비[9] 덴마크 3.0 0.72
47 힌지[9] 덴마크 1.2 0.91
48 크빈드[9] 덴마크 1.9 0.15
49 선하[9] 덴마크 1.0 0.45
50 실케보르랑소[9] 덴마크 2.0 0.46
51 혼다[9] 스페인 1.0 0.09
52 누에바[9] 스페인 1.5 0.27
53 봇솔 클라인 위제[9] 스페인 1.7 0.21
54 타이후[10] 중국 1.9 2250
55 다이앤치[11] 중국 4.4 298
56 차오후[12] 중국 2.5 760

모델 내용

수학적으로 PCLake는 결합된 미분 방정식의 집합으로 구성된다.상태 변수(>100)와 매개변수(>300)가 많은 경우 모델은 비교적 복잡한 특성을 가질 수 있다.주요 생물학적 변수는 식물성 플랑크톤과 수생식물로 일차생산을 기술한다.간결한 먹이 그물은 동물성 플랑크톤, 동물성 브렌토스, 어리고 어른인 백어와 물고기들로 구성되어 있다.주요 생화학요인은 투명성과 영양인 인(P), 질소(N), 실리카(Si) 등이다.모델의 기초에는 물과 영양소 예산(내부 및 유출)이 있다.모델은 완전히 혼합된 수역을 설명하고 있으며, 물기둥과 상부 침전 층으로 구성된다.N, P, Si에 대한 전반적인 영양소 순환은 완전히 폐쇄된 것으로 설명된다(내부 및 유출 및 변질화 제외).모델에 대한 입력은 호수 수문학, 영양소 하중, 치수 및 침전물 특성이다.이 모델은 엽록소-a, 투명성, 시아노박테리아, 초목 커버와 어류 바이오매스를 비롯해 영양소 N, P, Si, 산소의 농도와 유동도를 계산한다.선택적으로 습지 초목과 호수와의 물 교환이 가능한 습지대가 포함될 수 있다.

PCLake는 유럽(대부분 네덜란드) 호수 40개 이상에 대한 영양소, 투명성, 엽록소 및 식물 데이터에 대해 보정되며, 체계적인 민감도 및 불확실성 분석이 수행되었다.[13]PCLake는 네덜란드 호수에 주로 사용되지만, 매개변수를 조정하거나 모델에 약간의 작은 변경이 이루어진 경우 다른 지역의 비교 가능한 비스트레이트 호수에도 적용할 수 있을 가능성이 있다.

모델 개발

PCLake의 첫 번째 버전(당시 PCLoos라고 불림)은 1990년대 초 네덜란드 국립 공중보건환경연구소(RIVM)에서 로즈드레흐트 호수에 대한 연구 및 복원 프로젝트의 틀 안에서 건설되었다.그 이후로 연장되고 개선되었다.PCLake와 평행하게 도랑과 다른 선형 수역의 생태계 모델인 PCDitch가 만들어졌다.그 모델들은 닥터 에 의해 더욱 발전되었다.Jan H. Janse와 네덜란드 환경평가청(PBL)의 동료들, 이전에는 RIVM의 일부였다.2009년부터는 PSLake의 추가 개발과 적용이 이루어지고 있는 네덜란드 생태연구소와 PBL이 공동으로 소유하고 있으며, 이 모델은 수생 생태학 연구와 관련된 것이다.

참고 항목

참조

  1. ^ Janssen, Annette B. G.; Teurlincx, Sven; Beusen, Arthur H. W.; Huijbregts, Mark A. J.; Rost, Jasmijn; Schipper, Aafke M.; Seelen, Laura M. S.; Mooij, Wolf M.; Janse, Jan H. (2019-03-24). "PCLake+: A process-based ecological model to assess the trophic state of stratified and non-stratified freshwater lakes worldwide". Ecological Modelling. 396: 23–32. doi:10.1016/j.ecolmodel.2019.01.006. ISSN 0304-3800.
  2. ^ 셰퍼 M, 1993년얕은 호수의 대체 평형도.생태와 진화 8: 275–279
  3. ^ Janse JH, 1997.여러 안정 상태에 대한 얕은 호수의 영양소 역학 모델.수생생물학 342/343: 1–8
  4. ^ Janse JH, 2005.얕은 호수와 도랑의 부영화에 관한 모델 연구박사 논문.와게닝겐 대학교
  5. ^ Janse JH등 2008년.다양한 유형의 얕은 호수에 대한 임계 인 하중 및 생태계 모델 PCLake로 추정된 관리 결과.림놀로지카 38: 2003-2019
  6. ^ 2007년 무이 WM 등.생태계 모델 PCLake로 온대 얕은 호수에 미치는 기후변화 영향 예측.수생생물학 584: 443–454
  7. ^ "Metamodel PCLake - Planbureau voor de Leefomgeving".
  8. ^ 셸, S. (네덜란드어로) 2010.느와랄 넷워크 PCLake 10 Behoebe van KRW-Verkner.Witteven+Bos; 연구자.UT565-2-1
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba Janse, Jan (2008). "Critical phosphorus loading of different types of shallow lakes and the consequences for management estimated with the ecosystem model PCLake". Imnologica-Ecology and Management of Inland Waters. 38 (3–4): 203–219. doi:10.1016/j.limno.2008.06.001.
  10. ^ Janssen, Annette B. G. (2017). "Spatial identification of critical nutrient loads of large shallow lakes: Implications for Lake Taihu (China)". Water Research. 119: 276–287. doi:10.1016/j.watres.2017.04.045. PMID 28477543.
  11. ^ Li, Dianchi (2019). "Modeling nutrients in Lake Dianchi (China) and its watershed". Agricultural Water Management. 212: 48–59. doi:10.1016/j.agwat.2018.08.023. S2CID 158735560.
  12. ^ Kong, Xiangzhen (2016). "Hydrological regulation drives regime shifts: evidence from paleolimnology and ecosystem modeling of a large shallow Chinese lake". Global Change Biology. 23 (2): 737–754. doi:10.1111/gcb.13416. PMID 27391103. S2CID 39503091.
  13. ^ Janse JH와 다른 사람들, 2010.생태계 모델 PCLake로 얕은 호수의 임계 인하중 추정: 민감도, 보정 및 불확실성.생태 모델링 221: 654–665