Soome lahe sinivetikate õitsengute põhjustest ja hägusloogika mudel. Jaan Laanemets

1. Soome lahe sinivetikate õitsengute põhjustest ja hägusloogika mudel. Jaan Laanemets Meresüsteemide Instituut, Tallinna Tehnikaülikool Koostööpartnerid: Soome Mereuurimise Instituut, Eesti Mereinstituutja Eesti Mereakadeemia

2. Põhilised sinivetika liigid Pinnakogumid Foto: Madis-Jaak Lilover Nodularia spumigena Foto: Inga Lips, TÜ EMI Aphanizomenon f.-aquae Foto: Seija Hällfors, SMI Soome Foto: Soome Mereuuringute Instituut Satelliidipilt sinivetikate massilisest õitsengust 2002 a. suvel. Punane – kõrge biomassi kontsentratsioon. Pildi töödelnud Liis Sipelgas, TTÜ MSI Eesti

3. Sinivetikad on võimelised tarbima õhulämmastikku, seega • õitsengu biomassi määrab mere ülakihis olev lahustunud • anorgaanilise fosfori hulk. • Traditsiooniliselt nimetatakse kolme fosfori allikat: • kevadisest õitsengust ülejääv fosfor, mida loetakse põhiliseks • fosfori allikaks kuna bioproduktsioon on Läänemeres • tugevalt lämmastiku poolt limiteeritud • mereülakihis orgaanilise aine lagunemisel vabanev fosfor • füüsikaliste protsesside (turbulentne segunemine ja upwelling) • poolt ülakihti toodav fosfor

4. Talvised toitainete kontsentratsioonide muutused aastatel 1979-2004 A F3,SMI Redfield’i suhe DIN:DIP=16 B • Muutused toitainetingimustes 90-tel • aastatel Soome lahes: • P ja N koormus on väenenud~ 30% • P vabanemine setetest on suurenenud • N:P suhte vähenemine, kevadisest õit- sengust ülejääva P hulga suurenemine VÄGA SOODSAD TINGIMUSED SINIVETIKATE ÕITSENGUKS excessP=DIP–DIN/16

5. Tüüpilised temperatuuri ja toitainete vertikaalsed jaotused suvel Fosfaadi ja nitraadi kontsentratsioonid mere ülakihis on sinivetikate õitsengu alguseks, umbes juuli keskel, vähenenud mõõtmistäpsuseni. Termokliin Fosfokliin algab termokliini ülaosas ja nitrakliini algus on ~5m sügavamal. Füüsikalised protsessid: turbulentne segunemine ja upwelling toovad ülakihti lisa fosforit ja seega soodustavad sinivetikate õitsenguid. Fosfokliin Nitrakliin -3 Phosphate (mmol m ) -3 Nitrate (mmol m )

6. RV ARANDA1999 wind <0.02 Temperature ( C) o Temperatuuri ja fosfaadi jaotused 5 m sügavusel. >0.3 <0.02

7. Nodularia spumigena suve maksimaalne biomass ülakihis ( ) ja vastav temperatuur ( ) ning peale kevadist õitsengut ülakihti jääv fosfor ( ). Õitsengu lävi Külmad suved RV Aranda Alg@line Viimase 10 aasta jooksul on peale kevadist õitsengut ülakihti jääva fosfori hulk märgatavalt suurenenud, samuti on intensiivistunud potentsiaalselt mürgise N.spumigena õitsengud soojadel suvedel (maksimum 2002).

8. Olulisemad faktorid, mis mõjutavad N. spumigena õitsengute biomassi ja arvestatakse mudeli koostamisel Toitainetingimused: • kevadisest õitsengust ülejääv fosfor • turbulentse segunemise poolt ülakihti toodav fosfor (parametriseeritakse • läbi tuule pinge; tugineb turbulentsi ja toitainete mõõtmistel) • upwellingute poolt ülakihti toodav fosfor (parametriseeritakse Ekmani trttranspordiga) Füüsikalised tingimused: • pinnakihi temperatuur (õitsengu lävi on võetud 16 C) • turbulents ülemises segunenud kihis (parametriseeritakse tuule pingega)

9. Hägusloogika baasil modelleerimine • Sisend- ja väljundparameetrite muutumispiirkonnad jagatakse klassidesse (näiteks: madal – keskmine – kõrge). Kuuluvusfunktsioon näitab, millise osakaaluga parameetri väärtus kuulub antud klassi. • Kasutatakse teadmistest tulenevaid ekspertreegleid parameetrite klasside vaheliste seoste kohta. Reeglid esitatakse tingimuslausete kujul (kui..., siis ...). Hägusloogikal põhineva modelleerimise eelis seisneb selles, et läbi kuuluvusfunktsiooni ja ekspertreeglite saab viia ebatäpse teadmise (ei ole väljendatav valemite ja võrranditega) numbrilisele kujule ja teostada arvutusi.

10. Ekspertreeglid ja kuuluvusfunktsioonid Pinnakihi temperatuur Kuuluvusfunktsioonid Füüsikalised tingimuse Tuule pinge madal keskm. kõrge Ekspertreeglid

11. Mudel:1) varajane oodatava biomassi ennustus 15. juunil (Biomass 1)2) lühiajalised ennustused: 3 päevase intervalliga, arvestavad kasvu (Biomass2) ja transporti (Biomass rannikumeres). Pinnakihi temperatuur Füüsikalised tingimused pinnakihis Turbulents pinnakihis Biomass 1 Fosfori ülejääk kevadest Fosfori tingimused pinnakihis Fosfori turbulentne transport Biomass 2 Fosfori transport upwellinguga Biomass rannikumeres Kasvu kontroll Biomassi transport

12. Mudeli kalibreerimine(Biomass2) Kvantitatiivne kokkulangevus: SD = ± 2.7 g m-2 CD = 74% CD=1-(i=1..n (ai-bi)2 )/(i=1..n (ai-am)2) ai – mõõdetud biomass bi – modelleeritud biomass am –keskmine mõõdetud biomass n – mõõtmiste arv CD (määratuse koefitsient) näitab, millise osa mõõdetud biomassi dispersioonist kirjeldab modelleeritud biomass • - 1997-2001 a. andmeid kasutati kalibreerimiseks • - 2002 • - 2003

13. Varajane ennustus:biomassi ennustus 15. juunil, s.o. umbes 1 kuu enne õitsengut (tugineb fosfori potentsiaalile selleksajaks)Mudel: Biomass 1

14. Kuidas võiks välja näha sinivetikate õitsengutest • teavitamine: • varajane ennustus (15 juuni), mis näitab maksimaalset oodatavat Nodularia biomassi vastavalt pinnakihi temperatuurile • Alg@line’i sinivetikate biomassi andmed 1 kord nädalas • Alg@line’i pinnakihi temperatuur iga päev • satelliidi pildid (sinivetikate pinnakogumid, pinnatemperatuur) • tuule, pinnakihi temperatuuri ja hoovuste ennustus 48h, • (HIRLAM; HIROMB) • sinivetikate biomassi ennustus 3 päevaks mudelitega • informatsioon elanikkonnalt