BIOLA

BIOgeochemical LAke model

Beskrivning och syfte

Modellverktyget BIOLA, utvecklat av SMHI, är en modell för simulering av en sjös omblandning, temperatur och vattenkvalitet. BIOLA simulerar sjön i en vertikal dimension, men flera sjöbassänger kan sammankopplas.

Modellen baseras på ekvationslösaren PROBE (Svensson, 1998) som beräknar blandning och temperaturskiktning i en sjö. BIOLA simulerar omsättningen av näringsämnen i eutrofa sjöar, och ger resultat i form av vertikalt fördelade närsaltshalter och växtplanktonbiomassa m.m. Modellen kan användas för att simulera effekterna av ändrad närsaltsbelastning och andra vattenvårdande åtgärder samt dess effekter på sjöekosystem.

Modellen är baserad på generella processbeskrivningar (t.ex. växtplanktontillväxt, djurplanktonbetning, nedbrytning av organiskt material, närsaltsutbyte med sedimentet och denitrifiering) och ekvationer för dessa funna i litteraturen. Modellen inkluderar 14 tillståndsvariabler: oorganiska närsalter i vatten och sediment, biologiska variabler (växtplankton, djurplankton, makrofyter, fisk), organiskt material i vatten och sediment, och syrgasförhållanden.

BIOLA fig 1
Figur 1. Schematisk bild över uppbyggnaden av BIOLA modellen.

Nödvändig information

Modellen drivs med data på närsaltstillförsel (belastning från inflöden, punktkällor, atmosfärsdeposition) och observerat väder (lufttemperatur, vind, molnighet och relativ luftfuktighet) som bestämmer de fysiska förhållandena och omblandnings-/skiktningsförhållanden. Därutöver behövs information om sjöns djupförhållanden och siktdjup.

Ett stort antal koefficienter har sammanställts via litteratursökning (Pers, 2002) för att skatta lämpliga parameterintervall for kalibrering. Modellen kalibreras mot tidsserier av näringsämnen, växtplanktonbiomassa och eventuellt mängden djurplankton och organiskt material i sjön. För validering används liknande data för annan tidsperiod eller bassäng och eventuellt andra tillgängliga data från studier i sjön.

Praktisk erfarenhet

BIOLA har hittills simulerat fyra svenska sjöar (Pers and Persson, 2003; Dahl and Pers, 2004; Pers, 2005, Pers och Blenckner, 2006). En manual finns utgiven (Pers, 2003).

BIOLA fig 2
Figur 2. Exempel på resultat från simulering i Västra Ringsjön, Skåne. Simulerade medelkoncentrationer av löst oorganiskt kväve (DIN) och fosfat (PO4) (linje) tillsammans med observationer (staplar).

Referenser

  • Dahl, M. and B.C. Pers, 2004. Comparison of four models simulating phosphorus dynamics in Lake Vänern, Sweden. Hydrology and Earth System Sciences, 8(6):1153-1163.
  • Pers, B.C., 2002. Model description of BIOLA - a biogeochemical lake model (including literature review), Report RH 16, SMHI, Norrköping.
  • Pers, B.C., 2003. BIOLA Biogeochemical Lake Model Manual, SMHI Hydrologi Nr 91.
  • Pers, B.C., 2005, Modeling the Response of Eutrophication Control Measures in a Swedish Lake. Ambio, 34(7):552-558.
  • Pers, C., och T. Blenckner, 2006. Lake responses to modelled climate change - The example of the Swedish Lake Erken, I: Proceedings of the XXIV Nordic Hydrological Conference 2006, Eds: J.C. Refsgaard and A.L. Höjberg, NHP Report No. 49, 617-624.
  • Pers, B.C., och I. Persson, 2003. Comparison of a biogeochemical lake model in different lakes. Nordic Hydrology, 34(5): 543-558.
  • Svensson, U., 1998. PROBE - Program for Boundary Layers in the Environment System description and Manual. Report RO 24, SMHI, Norrköping.