ОКЕАНОЛОГИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 635-645
УДК 581.526.325:581.132(262.5)
МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ
СЕЗОННЫЕ И МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛА В ЧЕРНОМ МОРЕ ПО СПУТНИКОВЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ © 2014 г. З. З. Финенко1, В. В. Суслин2, И. В. Ковалева1
1Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского, НАН Украины, Севастополь, 2Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, e-mail: zosim_Jinenko@mail.ru Поступила в редакцию 12.06.2013 г., после доработки 07.10.2013 г.
По спутниковым данным, полученным сканером SeaWiFS в период с 1998 по 2008 гг., исследована пространственная и временная изменчивость концентрации хлорофилла в поверхностном слое Черного моря. Установлено, что в глубоководной части моря сезонные изменения хлорофилла имеют U-образную форму. Максимальные значения наблюдаются в зимне-весенний и осенний периоды, минимальные — летом. В северо-западной части моря максимальные значения хлорофилла зарегистрированы в основном в летний и осенний периоды. В течение 11-ти летнего периода обнаружены межгодовые изменения в концентрации хлорофилла. В годы с холодными зимами концентрация хлорофилла в зимне-весенний период в 3—5 раз выше, чем в годы с умеренно-теплыми зимами. Между средними значениями хлорофилла и температуры с декабря по март выявлена обратная зависимость.
DOI: 10.7868/S0030157414050062
1. ВВЕДЕНИЕ
В Черном море определения концентрации хлорофилла "а" (Са) были начаты в 1960 г [4]. За истекший период времени накоплен достаточно большой фактический материал, позволивший определить пределы изменений Са в различные годы и сезоны [1, 3, 8, 9, 15]. Однако эти данные не позволяют правильно описать сезонную динамику Са. По результатам выполненных исследований некоторые авторы проводили оценку средне-многолетнего сезонного хода Са в глубоководной части моря [3, 6]. Следует иметь в виду, что эти данные получены путем осреднения разрозненных измерений, выполненных в разные годы и сезоны, и не учитывают межгодовые сезонные колебания. Высокая вариабельность Са в пространстве и времени требует, чтобы сбор данных, необходимых для оценки сезонной и межгодовой динамики, проводился в короткий период времени, с высокой частотой в масштабах десятков-сотен километров. Получение такой информации даже на специализированном научно-исследовательском судне часто оказывается неосуществимой задачей. Многих методических трудностей сбора данных можно избежать при определении Са по спутниковым наблюдениям, которые проводятся ежедневно с высокой дискретностью по всей акватории моря в течение длительного времени.
Цель работы — выявить закономерности сезонного хода и межгодовой изменчивости кон-
центрации хлорофилла в поверхностном слое Черного моря, полученные в результате обработки спутниковых измерений, выполненных сканером цвета 8еаШР8 в 1998-2008 гг.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Для определения хлорофилла в поверхностном слое использованы данные прибора SeaWiFS с 1998 по 2008 гг., полученные из Годдарского центра обработки и хранения данных NASA. Это ежедневные с 4-х км пространственным разрешением данные нормализованной спектральной яркости водной поверхности (nLw) на трех длинах волн 490, 510 и 555 нм, которые получены после стандартной атмосферной коррекции и удовлетворяют специальным критериям. Версия данных — R2010.0. Расчет хлорофилла базировался на двух индексах: I510 — nLw(555)/nLw(510) и I490 — = nLw(510)/nLw(490), которые осреднялись за двухнедельный период на пространственной сетке 0.025 градусов по широте и 0.035 градусов по долготе. Алгоритм расчета Са и критерии отбора nLw подробно описаны в работе [7]. Индексы I510 и I490 учитывают изменение поглощения окрашенного растворенного вещества, слабо чувствительны к ошибкам атмосферной коррекции и обратному рассеянию света взвесью и более точно (как показано в [7]) восстанавливают концентрацию хлорофилла по спутниковым данным по сравнению с алгоритмами, использовавшимися
ранее [10, 11]. Температура поверхности моря получена из спутниковых наблюдений http://po-daac.jpl.nasa.gov/sst/ (1998-2000 гг.) и http://ocean-color.gsfc.nasa.gov (2000-2008 гг.) и согласована с пространственно-временными характеристиками полей хлорофилла, полученных по данным Sea-WiFS.
Статистические параметры рассчитывались в программе Sigma Plot в пакете ANOVA.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
Пространственная изменчивость концентрации хлорофилла. В качестве примера на рис. 1 приведены результаты измерений среднемесячных концентраций хлорофилла в поверхностном слое моря в 1998, 1999 и 2003 гг., которые соответствуют средней, низкой и высокой продуктивности фитопланктона. В течение всего исследованного периода северо-западная часть моря отличается от других районов более высокими значениями Са. В приустьевых районах максимальные концентрации, достигающие нескольких десятков микрограмм в литре, наблюдаются в конце весны и в начале лета, минимальные — в холодный период года. К востоку от районов, находящихся под влиянием стока речных вод, концентрация хлорофилла быстро снижается. Обогащающее действие речного стока наблюдается лишь вблизи от берега (рис. 1). Для устьевых и прилегающих к ним районов характерна высокая вариабельность концентрации хлорофилла, которая обусловлена изменением ветровой активности, речного стока и поступающих с ним биогенных веществ. Формирующиеся вдоль береговой линии течения и синоптические вихри определяют особенности горизонтального распределения концентрации хлорофилла. Перенос фитопланктона вдоль береговой линии от устья Дуная на юг играет важную роль в продуктивности западного шельфа.
В водах Анатолийского шельфа на фоне умеренных концентраций хлорофилла (0.3-0.5 мг/м3) изредка образуются локальные продуктивные зоны с значениями Са 1-2 мг/м3. Летом концентрация хлорофилла в водах Анатолийского шельфа несколько выше, чем в глубоководной части моря. В то же время в северной части значения хлорофилла в прибрежных и открытых водах достоверно не различаются. В зоне ОЧТ в летне-осенний период образуются синоптические антициклональ-ные вихри и меандры, которые переносят прибрежный фитопланктон в открытую часть моря, что может приводить к кратковременным локальным вспышкам фитопланктона в открытой части и высокой пространственной гетерогенности поля хлорофилла. Средние значения Са в глубоководных районах западной и восточной частях моря могут различаться в несколько раз.
Граница, отделяющая глубоководную часть моря от шельфовой зоны, в зависимости от синоптической активности изменяется в пространстве. В зимне-весенний период основное черноморское течение является эффективным барьером между прибрежными и открытыми районами моря. В глубоководной области в холодные и умеренно холодные зимы наблюдается интенсивное развитие фитопланктона, которое начинается в виде отдельных пятен над куполами циклональ-ных круговоротов. В течение нескольких недель они расширяются и сливаются в одно пятно, с размерами несколько сот километров, как например, в марте 1998 г. (рис. 1). Напротив, в годы с теплыми зимами, когда температура воды в поверхностном слое не опускается ниже 8°С и обмен между поверхностными и глубинными водами идет медленно, концентрация хлорофилла не превышает 0.5 мг/м3. Среднемесячный коэффициент пространственной вариации Са в зимне-весенний период варьирует в пределах 40-65%, а летом он в два раза ниже.
Сезонная изменчивость. Для сравнения сезонной динамики концентрации хлорофилла в поверхностном слое акватория моря была разделена на 11 районов: из них 4 находилось в глубоководной части моря и 7 - в пределах шельфа (рис. 2). В течение 11-летнего периода внутригодовые сезонные изменения Са в 4 глубоководных районах моря имеют одинаковый вид, повторяющийся из года в год (рис. 3). Максимальные значения Са (0.5-3.0 мг/м3) наблюдаются в основном в зимний период, и только в отдельные годы - весной, минимальные величины характерны для летнего периода (<0.5 мг/м3) (таблица). В зимний период интенсивное развитие фитопланктона продолжается 1-2 месяца. В западной и восточной частях моря оно проходит практически одновременно, и только в 2003 г. был зарегистрирован разрыв во времени: в западной части максимальные значения Са наблюдались в январе, в восточной - в первой половине апреля (рис. 3). В годы с суровыми зимами, когда температура воды в поверхностном слое снижается ниже 8°С, создаются благоприятные условия для плотностной конвекции и поступления биогенных веществ из глубины в эвфотический слой. В такие годы (1998, 2003 и 2004 гг.) концентрация хлорофилла достигает 1-3 мг/м3 и в 2-4 раза выше, чем в годы с теплыми зимами.
Летом Са в глубоководных районах варьирует в пределах 0.2-0.6 мг/м3. Минимальные летние значения наблюдаются в августе, максимальные летние - в начале лета, когда обычно происходит интенсивное развитие кокколитофорид, сопровождающееся ростом концентрации хлорофилла. Начиная с сентября, Са непрерывно повышается и плавно переходит в зимне-весенний максимум (таблица).
Рис. 1. Пространственное и временное распределение концентрации хлорофилла в поверхностном слое Черного моря в 1998, 1999 и 2003 гг. (цифрами обозначены месяцы).
На шельфе, расположенном вдоль Румынского, Болгарского и Украинского берегов, сезонный цикл характеризуется несколькими максимумами, из которых наиболее мощный развивается летом (рис. 4). Продолжительность летнего развития фитопланктона варьирует от 2 до 3 месяцев. Зимнее и осеннее "цветение" фитопланктона по длительности и амплитуде меньше летнего. В целом,
для районов северо-западного шельфа характерна высокая вариабельность Са в течение года.
Вдоль Анатолийского шельфа сезонный цикл характеризуются зимним (декабрь-февраль) развитием фитопланктона, которое продолжается от одного до двух месяцев. В 2000, 2003-2004 гг. максимальные значения Са достигали 3 мг/м3, в другие годы они не превышали 1.5 мг/м3. Можно предпо-
Рис. 1. Окончание.
ложить, что движение воды, вызванное синоптическими процессами, в значительной степени определяет межгодовую изменчивость Са в холодный период. Летом средние значения Са находились в пределах 0.25-0
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.