SCOBI

SCOBI modellen (Swedish Coastal and Ocean BIogeochemical model) som utvecklas av SMHI används för att studera påverkan från klimat och mänskliga aktiviteter på processer för biologiska och kemiska kretslopp av näringsämnen i haven runt Sverige. Avsikten är att skapa ett verktyg som stöd till beslutsfattare med avseende på miljövård i havsmiljön.

SCOBI modellen kan t.ex. ge information om:

  • Näringsämnen, syrgasförhållanden och produktion av biomassa.
  • Flödesbudgetar, transporter, källor och sänkor.
  • Vattenkvalitet och sedimentation av organiskt material.
  • Utveckling och spridning av algblomningar.
  • Förekomst av skadliga algblomningar (t.ex. cyanobakterier).

I det svenska beslutsstödssystemet HOME Vatten används SCOBI i kombination med PROBE-modellen. Modellsystemet HOME Vatten är utvecklat för den svenska vattenförvaltningen och omfattar sjöar, vattendrag och kustvatten. Modellsystemet inkluderar alla svenska kustvattenförekomster från Haparanda i norr till Norska gränsen i Skagerrak.

Modellsystemet är även en del av Baltic HOME expert system som är ett operationellt hand havande system för flöden av vatten, energi och ämnen i Östersjön och Nordsjön och deras nederbördsområden.

SCOBI är en av huvudkomponenterna i en operationell 3-D ekologisk modell baserad på havscirkulationsmodellen HIROMB kopplad till en atmosfärsmodell och en hydrologisk modell för beräkning av näringsämnestillförsel från land och atmosfär.

SCOBI används också tillsammans med en högupplöst 3-D klimatmodell (Rossby Centre Ocean model, RCO) för är att erhålla långtidskörningar från ekologisk modell med hög upplösning i rummet. RCO-SCOBI modellen används t.ex. för att undersöka:

  • klimatets påverkan på Östersjöns närsaltsdynamik och biogeokemiska system.
  • mänsklig påverkan på övergödningsproblematik.
  • transporter av näringsämnen från källor till sänkor.
  • påverkan från naturliga händelser, t.ex. djupvatteninflöden.
En schematisk figur som visar proocesser i SCOBI modellen
Figur 1. Sedimentvariabler och processer visas i rutan ned till vänster i figuren. Notera att processbeskrivningarna för syrgas och svavelväte är mycket förenklade för tydlighetens skull.
Förstora Bild

SCOBI-modellen hanterar dynamiken för kväve (N), syre (O2) och fosfor (P), inklusive oorganiska näringsämnen, nitrat (NO3), ammoniak (NH4) och fosfat (PO4) samt partikelformigt organiskt material bestående av fytoplankton (autotrofer), dött organiskt material, detritus (DET) och zooplankton (ZOO). I primärproduktionen assimileras de oorganiska näringsämnena av tre funktionella grupper av fytoplankton, kiselalger (A1), flagellater och övriga (A2) samt cyanobakterier (A3).

Utöver möjligheten att assimilera oorganiska näringsämnen, har de modellerade cyanobakterierna förmåga att fixera molekylärt kväve (N2), som kan utgöra en extern kvävekälla för modellsystemet. Organiskt material kan sjunka och ansamlas i modellsedimentet som kväve (NBT) och fosfor (PBT). Under perioder med starka strömmar och vågor kan sediment i grunda områden lyftas upp till det överliggande vattnet igen och transporteras till djupare delar.

Nedbrytning av organiskt material i vattnet och sedimenten förbrukar syre och kan återföra näringsämnena till oorganiska former (NH4 och PO4) igen. När syret har förbrukats nästan fullständigt äger anoxisk nedbrytning rum. Anoxiska nedbrytningsprocesser använder syre från nitratreduktion (denitrifikation) och därefter från sulfatreduktion (SO42-).

Vid sulfatreduktion bildas giftig vätesulfid (H2S), som ingår som negativt syre i modellen och kan avlägsnas när syre tillförs, t.ex. av inströmmande vatten. En fraktion av sedimentets näringsämnen begravs kontinuerligt, medan flödet av näringsämnen till det överliggande vattnet styrs av vattentemperatur och syrekoncentrationer.

Vetenskapliga referenser

Edman, A., Sahlberg, J., Hjerdt, N., Marmefelt, E., Lundholm, K. 2007. HOME Vatten i Bottenvikens vattendistrikt. Integrerat modellsystem för vattenkvalitetsberäkningar. SMHI Oceanografi nr 89.

Eilola, K., and M. Meier, Implementation of a high-resolution 3D ecosystem model for local and regional climate studies in the Baltic Sea. BALTEX Newsletter No:9. GKSS, Geestacht, Germany, 2006.

Eilola, K., and J., Sahlberg, Model assessment of the predicted environmental consequences for OSPAR problem areas following nutrient reductions, SMHI Reports Oceanography No.83, 2006.

Eilola, K., Almroth, E., J. Naustvoll, P. Andersen and B. Karlson, Modelling the dynamics of harmful blooms of Chattonella sp. in the Skagerrak and the Kattegat, ICES CM 2006/E12, ICES Annual Science conference., 2006

Eilola, K., H.E.M. Meier, E. Almroth and A. Höglund, Transports and budgets of oxygen and phosphorus in the Baltic Sea, SMHI Reports Oceanography No.96, 2008.

Eilola, K., H.E.M. Meier and E. Almroth, On the dynamics of oxygen, phosphorus and cyanobacteria in the Baltic Sea; A model study. J. Mar. Sys., 75, 163-184, 2009.

Hjerdt, N., Sahlberg, J., Marmefelt, E., Lundholm, K. 2007. HOME Vatten i Bottenhavets vattendistrikt. Integrerat modellsystem för vattenkvalitetsberäkningar. SMHI Oceanografi nr 90.

Marmefelt, E., B. Arheimer, and J. Langner, An integrated biochemical model system for the Baltic Sea. Hydrobiologia, 393, 45-56, 1999.

Marmefelt, E., B. Håkansson, A.C. Erichsen, and I. Sehested Hansen, Development of an ecological model system for the Kattegat and the southern Baltic. SMHI Reports Oceanography No.29, 2000.

Marmefelt, E. och Olsson, H. 2005. Integrerat Kustzonssystem för Hallandskusten. SMHI Oceanografi nr 80. (http://www.smhi.se/sgn0106/if/biblioteket/rapporter_pdf/oceanografi-80.pdf)

Marmefelt, E., H. Olsson, H. Lindow and J. Svensson, Integrerat kustzonssystem för Bohusläns skärgård, SMHI Reports Oceanography, No. 76, 81 pp, 2004.

Marmefelt, E., Sahlberg, J. and Bergstrand, M. (2007). HOME vatten i södra Östersjöns vattendistrikt. Integrerat modellsystem för vattenkvalitetsberäkningar. SMHI oceanografi Nr.87.

Olsson, H. & Årnfelt, E. 2003. Kustzonsmodellen i regional miljöanalys. SMHI Oceanografi nr 74. 2003.

Sahlberg, J. and Olsson, H., 2001. Kustzonsmodell för norra delarna av Östergötlands skärgård. SMHI oceanografi. Nr 69, 2001.

Sahlberg, J. and Olburs, C. 2006. Vattenparametrar i anslutning till Kvädö fiskskötselområde FSO. SMHI rapport Nr. 2006-19.

Sahlberg, J., Marmefelt, E., Brandt M., Hjerdt, N., Lundholm, K. 2008. HOME Vatten i norra Östersjöns vattendistrikt. Integrerat modellsystem för vattenkvalitetsberäkningar. SMHI Oceanografi nr 93.

Svensson, U. 1998. PROBE An Instruction Manual. SMHI Rapport Oceanografi (RO) nr 24.