ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2007, № 6, с. 37-45
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ^^^^^^^^^^ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
УДК 582.26.11741:551.5073622
АНАЛИЗ СЕЗОННЫХ ВАРИАЦИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА-а МЕТОДОМ ЕСТЕСТВЕННЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ В ОХОТСКОМ МОРЕ ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
© 2007 г. Ж. Р. Цхай
Сахалинский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии, Южно-Сахалинск Тел: +7 (4242) 45-661; e-mail: janet@sakhniro.ru Поступила в редакцию 23.04.2007 г.
Описаны основные закономерности пространственно-временной изменчивости концентрации хло-рофилла-а в Охотском море на основе данных сканера SeaWiFS за 2001-2004 гг. Для анализа информации использован метод разложения по естественным ортогональным функциям. На акватории Охотского моря было зафиксировано два максимума повышенных концентраций фитопигмента -весной и осенью. Наиболее ярко выражен весенний максимум, осенний максимум - более слабый, но и более устойчивый. Весеннее цветение фитопланктона в шельфовых районах связано с таянием льда и повышением ТПО. Высокие концентрации хлорофилла-а наблюдались в северной части Охотского моря и вдоль побережья п-ова Камчатка. Цветение в приустьевых районах обеспечивалось исключительно выносом биогенов стоками рек. Летом основную лимитирующую роль в развитии фитопланктона играло содержание силикатов в поверхностном слое воды. Осеннее цветение наступало вследствие биогенного всплеска при разрушении летней вертикальной стратификации вод Охотского моря.
ВВЕДЕНИЕ
Установка сканеров цветности на искусственных спутниках Земли дала возможность получения достаточно регулярной информации о распределении на поверхности океана хлорофилла-а, который является одним из основных параметров расчета биопродуктивности морской среды [1]. Анализу спутниковых данных о цветности морской поверхности в различных районах мирового океана посвящено немало статей [2-6]. Однако исследования распределения хлорофилла-а в Охотском море, считающемся одним из самых высокопродуктивных в мире, практически не проводились [6, 7]. Используя спутниковую информацию, авторы работы [7] проанализировали распределение фитопигмента в Охотском море методом кластеризации. На основе сезонной и межгодовой изменчивости концентрации хлоро-филла-а они провели районирование Охотского моря. Ранее в Сахалинском научно-исследовательском институте рыбного хозяйства и океанографии (СахНИРО) в результате анализа спутниковых данных методом разложения на естественные ортогональные функции (ЕОФ) были определены наиболее важные закономерности сезонных вариаций концентрации хлорофилла-а в проливе Лаперу-за [8]. Цель данной работы - анализ пространственно-временной изменчивости концентрации данного фитопигмента с помощью метода разложения по ЕОФ на акватории всего Охотского моря. Ши-
роко известно, что основными факторами, влияющими на цветение фитопланктона в поверхностном слое, являются таяние льда, температура поверхности воды и обеспеченность биогенами [1]. Поэтому была поставлена задача по возможности оценить в пространственно-временном масштабе факторы, способные повлиять на внутри-годовые вариации концентрации хлорофилла-а в Охотском море.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Материалом для данного исследования послужили данные о концентрации хлорофилла-а и температуре поверхности воды, полученные при помощи имеющейся в СахНИРО приемной станции TERASCAN, с установленного на искусственном спутнике Земли OrbView-2 сканера цветности SeaWIFS.
Концентрацию хлорофилла-а рассчитывали по алгоритму ОС4 [9] с введением в него поправок на состояние атмосферы. Для реализации применялись модули программы SEADAS [10]. Необходимые метеорологические параметры были предоставлены The Ocean Color Processing Group [11].
Для количественного описания пространственно-временной изменчивости концентрации хлорофилла-а использовался метод естественных ортогональных функций, эффективно применяемый при анализе вариаций гидрометеорологиче-
Таблица 1. Результаты расчета собственных значений ЕОФ
№ моды Собственное значение Доля дисперсии, % Суммарная дисперсия, %
1 2.3805 44.538 44.538
2 0.5351 10.011 54.549
3 0.3389 6.340 60.889
4 0.2865 5.360 66.249
5 0.2489 4.656 70.906
6 0.2182 4.082 74.988
7 0.1802 3.371 78.359
8 0.1312 2.454 80.813
9 0.1053 1.969 82.783
10 0.0917 1.716 84.498
ских полей [12]. Рассматривались среднемесячные распределения концентрации хлорофилла-я на акватории Охотского моря с апреля 2001 по ноябрь 2004 гг. Исходная матрица имела 44 "временны х слоя" с шагом сетки около 6 км.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
На первую моду пришлось около 45% общей дисперсии изучаемого параметра (табл. 1). График амплитуды первой моды (рис. 1) характеризовал общую сезонную и межгодовую изменчивость концентрации хлорофилла-я, колебания которой носили достаточно устойчивый характер. На графике отчетливо выделялись пики, указывающие на периоды максимального цветения фитопланктона в весеннее и осеннее время года. При этом интенсивность весеннего цветения носила квазидвухлетнюю периодичность. В мае 2002 и 2004 гг. цветение было обильным (величина амплитуды составляла 2.89 и 2.91 соответственно), а в этот же период 2001 и 2003 гг. - менее значительным (1.85 и 1.77). Более слабый осенний экстремум наблюдался в сентябре-октябре, во все годы его величина изменялась незначительно - от 0.81 до 0.88. Таким образом, подтвердился ранее известный факт [13] о наличии двух пиков цветения, характерный для морей субарктического типа.
Все элементы амплитуды и вектора первой моды были одного знака. По распределению вектора первой моды можно выделить зоны повышенного продуцирования фитопланктона. На рис. 1 видно, что в центральной части Охотского моря и на юге Татарского пролива значения вектора близки к нулю, что означает практически полное отсутствие фотосинтетической деятельности вне зависимости от сезона. Высокие концентрации хлорофилла-я отмечены вдоль побережья Камчатки. Ин-
тенсивность цветения как с охотоморской, так и с тихоокеанской стороны полуострова была примерно одинаковой. Значительным содержанием хлорофилла-я характеризовалась северная часть Охотского моря, в особенности район северо-западного шельфа и зал. Шелихова. Участки повышенного содержания фитопигмента были локализованы в устьях крупных рек Охотоморского бассейна, то есть там, где наблюдается значительный вынос биогенов. Это Удская губа и зал. Тугурский, район м. Марекан (место впадения сразу нескольких рек), Тауйская губа, заливы Забияка и Бабушкина, зал. Терпения. Самые высокие показатели цветности были отмечены в районе стока р. Амур, а именно, в Амурском лимане и восточной части Сахалинского залива. Повышенные концентрации хлорофилла-я наблюдались также в шельфовых областях у побережья северо-востока Сахалина, где доставка биогенов осуществлялась как посредством апвеллинга, так и направленными вдоль побережья амурскими водами и стоком из лагун. Локальная зона цветения отмечена вдоль Малой Курильской гряды и юго-восточного побережья о. Хоккайдо на границе смешения вод течений Соя, Куросио и Ойясио [14].
Достаточно информативной оказалась вторая мода. Ее амплитуда носила ярко выраженный периодичный характер с резким минимумом в мае и более плавно изменяющимися положительными значениями в другие сезоны. Амплитуда принимала отрицательные значения в апреле-мае, а положительные - с июня по ноябрь (исключение - май 2001 г.), т.е. в течение всего безледного периода. При этом наибольшее отрицательное значение в мае сменялось экстремальным положительным в июне. По нашим наблюдениям, интенсивность этих колебаний нарастала из года в год. Особенно ярко этот скачок был выражен в 2004 г.
В пространственном распределении второй моды выделялись области с положительными и отрицательными значениями, и их распределение было строго зонировано (рис. 2). Отрицательные значения отмечались в северной части Охотского моря, у берегов Камчатки и юго-восточного Сахалина. Положительные величины характеризовали уже описанные выше районы прибрежья -местоположения стоков крупных рек Охотоморского бассейна. Максимальные положительные величины наблюдались не только в Амурском лимане, но и в восточной части Сахалинского залива, в прол. Невельского и северной части Татарского прол., т.е. там, куда в той или иной степени был направлен летом сток Амура. Незначительные положительные величины вектора второй моды отмечались также в районе затока амурских вод у северо-восточного побережья Сахалина и в районе банки Кашеварова. Имели место
АНАЛИЗ СЕЗОННЫХ ВАРИАЦИИ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА-я 3 1 мода
2 -
1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
с^ сч сч с^ сч с^
о ,-н о ,-н о ,-н о
о о о о о о о о О о о
^ ^ ^ ^
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1
0
Рис. 1. Амплитуда и пространственное распределение первой моды ЕОФ.
более низкие значения вектора в зоне самого ап-веллинга и более высокие - по его периферии.
Сопоставив значения амплитуды и вектора второй моды, можно сделать выводы о времени наступления, интенсивности и динамике цветения фитопланктона в той или иной части Охотского моря. С одной стороны, весенний пик развития микроводорослей в северной части Охотского моря, в заливе Шелихова, у берегов Камчатки и юго-восточного Сахалина наступает в мае - в период развития хладолюбивых диатомовых, для которых создается благоприятный температурный режим и питательная среда на кромке тающего льда [15]. С другой стороны, в Амурском лимане и прилегающей к нему акватории пик цветения сдвигается на июнь. Кроме того, в Амурском лимане и других заливах, высокие показатели цветности наблюдаются на протяжении всего летне-осеннего периода, и причиной интенсивной
фотосинтетической деятельности является континентальный сток биогенов. Активное цветение обеспечивается не только диатомовыми, но и другими отделами микроводорослей, в первую очередь сине-зелеными [16]. В противовес общепринятому мнению, цветение у банки Кашеварова скорее всего обусловлено амурским стоком биогенов.
Если первые две моды описывали общие
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.