Влияние зимнего выхолаживания на вертикальное вовлечение вод и интенсивность цветения фитопланктона в Черном море

Е. А. Кубрякова✉, A. A. Кубряков, С. В. Станичный

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: elena_kubryakova@mail.ru

Аннотация

На основе серии расчетов одномерной физико-биогеохимической модели даны оценки связи интегральной и поверхностной биомассы фитопланктона с зимним потоком тепла и температурой поверхности моря. Результаты показывают, что интенсивность цветения в суровые зимы на 50% выше, чем в теплые. Зимнее вовлечение биогенных элементов влияет и на биомассу фитопланктона в подповерхностном слое в летний период: после холодных зим она выше на 30%, чем после теплых. На основе контактных данных в работе даны оценки связи между глубиной, плотностью верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) и интегральной концентрацией нитратов и фосфатов в различных районах Черного моря. При увеличении плотности ВКС от 1014,0 до 1014,2 кг/м3 интегральная концентрация биогенных элементов в центральной части бассейна и на его периферии в ВКС увеличивается в 2–2,5 раза, а при достижении плотностью значения 1014,5 кг/м3 – в 4–5 раз. Таким образом, плотность ВКС выступает хорошим индикатором интенсивности поступления биогенных элементов в верхние слои моря. Исследовано влияние выхолаживания на плотность ВКС. Показано, что плотность, равная 1014,2 кг/м3, достигается в центре моря при температуре поверхности 7,5–8° С, а на периферии моря – при 6,5° С. Максимальное значение плотности (1014,5 кг/м3) отмечается в центральной части моря (глубины более 2000 м) при температуре поверхности менее 6,5° С. Отличия в величине вертикального потока биогенных элементов в разных районах моря при одних и тех же атмосферных условиях могут определять пространственные особенности интенсивности цветения в бассейне.

Ключевые слова

Черное море, зимнее выхолаживание, вертикальный поток биогенных элементов, верхний квазиоднородный слой, биогеохимическое моделирование

Благодарности

Данные получены и обработаны в рамках государственного задания по теме № 0827-2014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий» (шифр «Оперативная океанография»); модельные расчеты проведены при финансовой поддержке гранта РФФИ № 16-05-00621, исследование связи между ТПМ и характеристиками вертикального вовлечения поддержано грантом РФФИ № 16-35-60036 мол_а_дк, анализ спутниковой информации выполнен в рамках гранта РФФИ № 17-05-41089 РГО_а.

Для цитирования

Кубрякова Е. А., Кубряков A. A., Станичный С. В. Влияние зимнего выхолаживания на вертикальное вовлечение вод и интенсивность цветения фитопланктона в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2018. № 3. С. 206–222. EDN VLPZDY. doi: 10.22449/0233-7584-2018-3-206-222

Kubryakova, E.A., Kubryakov, A.A. and Stanichny, S.V., 2018. Impact of Winter Cooling on Water Vertical Entrainment and Intensity of Phytoplankton Bloom in the Black Sea. Physical Oceanography, 25(3), pp. 191-206. doi:10.22449/1573-160X-2018-3-191-206

DOI

10.22449/0233-7584-2018-3-206-222

Список литературы

  1. Surface chlorophyll in the Black Sea over 1978–1986 derived from satellite and in situ data / O. V. Kopelevich [et al.] // J. Mar. Sys. 2002. Vol. 36, iss. 3–4. P. 145–160. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(02)00184-7
  2. Yunev O. A., Moncheva S., Carstensen J. Long-term variability of vertical chlorophyll a and nitrate profiles in the open Black Sea: eutrophication and climate change // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2005. Vol. 294. P. 95–107. doi:10.3354/meps294095
  3. Finenko Z. Z., Suslin V. V., Kovaleva I. V. Seasonal and long-term dynamics of the chlorophyll concentration in the Black Sea according to satellite observations // Oceanology. 2014. Vol. 54, iss. 5. P. 596–605. doi:10.1134/S0001437014050063
  4. Drivers of the autumn phytoplankton development in the open Black Sea / A. S. Mikaelyan [et al.] // J. Mar. Syst. 2017. Vol. 174. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2017.05.006
  5. Sverdrup H. U. On Conditions for the Vernal Blooming of Phytoplankton // J. Mar. Syst. 1953. Vol. 18, iss. 3. P. 287-295. https://doi.org/10.1093/icesjms/18.3.287
  6. Long-term variations of surface chlorophyll a and primary production in the open Black Sea / O. A. Yunev [et al.] // Mar. Ecol. Prog. Ser. 2002. Vol. 230. P. 11–28. URL: http://www.jstor.org/stable/24865090 (дата обращения: 16.08.2017).
  7. Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Ли Р. И. Вертикальное распределение хлорофилла и флуоресценции в Черном море // Мор. экол. журн. 2005. Т. 4, № 1. С. 15–45.
  8. Сорокин Ю. И. Черное море: Природа, ресурсы. – М. : Наука, 1982. – 217 c.
  9. Mikaelyan A. S., Silkin V. A., Pautova L. A. Coccolithophorids in the Black Sea: Their interannual and long-term changes // Oceanology. 2011. Vol. 51, iss. 1. P. 39–48. doi:10.1134/S0001437011010127
  10. Environmental control on phytoplankton community structure in the NE Black Sea / V. A. Silkin [et al.] // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 2014. Vol. 461. P. 267–274. https://doi.org/10.1016/j.jembe.2014.08.009
  11. Remotely sensed coastal/deep-basin water exchange processes in the Black Sea surface layer / A. I. Ginzburg [et al.] // Satellites, Oceanography and Society / ред. D. Halpern. New York: Elsevier Science, 2000. Chapter 15. P. 273–287. (Elsevier Oceanography Series. Vol. 63). https://doi.org/10.1016/S0422-9894(00)80016-1
  12. Oguz T., Deshpande A.G., Malanotte-Rizzoli P. The role of mesoscale processes controlling biological variability in the Black Sea coastal waters: inferences from SeaWIFS-derived surface chlorophyll field // Cont. Shelf Res. 2002. Vol. 22, iss. 10. P. 1477–1492. https://doi.org/10.1016/S0278-4343(02)00018-3
  13. Observations of Black Sea mesoscale eddies and associated horizontal mixing / A. G. Zatsepin [et al.] // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, iss. C8. 3246. doi:10.1029/2002JC001390
  14. Shapiro G. I., Stanichny S. V., Stanychna R. R. Anatomy of shelf–deep sea exchanges by a mesoscale eddy in the North West Black Sea as derived from remotely sensed data // Remote Sens. Environ. 2010. Vol. 114, iss. 4. P. 867–875. https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.11.020
  15. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem / A. A. Kubryakov [et al.] // J. Mar. Sys. 2016. Vol. 163. P. 80–94. doi:10.1016/j.jmarsys.2016.06.006
  16. Oguz T., Ducklow H. W., Malanotte-Rizzoli P. Modeling distinct vertical biogeochemical structure of the Black Sea: Dynamical coupling of the oxic, suboxic, and anoxic layers // Glob. Biogeochem. Cycles. 2000. Vol. 14, iss. 4. P. 1331–1352. doi:10.1029/1999GB001253
  17. Titov V. B. Formation of the upper convective layer and the cold intermediate layer in the Black Sea in relation to the winter severity // Oceanology. 2004. Vol. 44, No. 3. P. 327–330.
  18. Ocean colour chlorophyll algorithms for SeaWiFS / J. E. O'Reilly [et al.] // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103, iss. C11. P. 24937–24953. doi:10.1029/98JC02160
  19. NASA's OceanColor Web : [site] / NASA's Goddard Space Flight Center. URL: http://oceancolor.gsfc.nasa.gov (дата обращения: 15.08.2017).
  20. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с.
  21. Combined processing and mutual interpretation of radiometry and fluorimetry from autonomous profiling Bio‐Argo floats: Chlorophyll a retrieval / X. Xing [et al.] // J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116, iss. C6. C06020. doi:10.1029/2010JC006899
  22. Архив Ifremer (Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer) : [site]. URL: ftp://ftp.ifremer.fr (дата обращения: 20.12.2017).
  23. Mellor G. L. One-dimensional, ocean surface layer modeling: A problem and a solution // J. Phys. Oceanogr. 2001. Vol. 31, No. 3. P. 790–809. https://doi.org/10.1175/1520-0485(2001)0310790:ODOSLM2.0.CO;2
  24. Kubryakova E. A., Korotaev G. K. Influence of vertical motions on maintaining the nitrate balance in the Black Sea based on numerical simulation // Oceanology. 2016. Vol. 56, iss. 1. P. 25–35. doi:10.1134/S0001437016010082
  25. Кубрякова Е. А., Коротаев Г. К. Сезонная изменчивость циркуляции и формирование солености поверхностных вод Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 3. С. 3–12.
  26. The ERA-40 re-analysis / S. M. Uppala [et al.] // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2005. Vol. 131, iss. 612. P. 2961–3012. doi:10.1256/qj.04.176
  27. Ведерников В. И., Демидов А. Б. Долговременная и сезонная изменчивость хлорофилла и первичной продукции в восточных районах Черного моря // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / ред. А. Г. Зацепин, М. В. Флинт. М. : Наука. 2002. С. 212–234.
  28. Demidov A. B. Seasonal dynamics and estimation of the annual primary production of phytoplankton in the Black Sea // Oceanology. 2008. Vol. 48, iss. 5. P. 664–678. doi:10.1134/S0001437008050068
  29. Ведерников В. И., Демидов А. Б. Вертикальное распределение первичной продукции и хлорофилла в различные сезоны в глубоководных районах Черного моря // Океанология. 1997. Vol. 37, № 3. С. 414–423.
  30. Планктон Черного моря / А. В. Ковалев [и др.]. К. : Наукова Думка, 1993. 280 с.
  31. Дорофеев В. Л., Коротаев Г. К., Сухих Л. И. Трехмерная динамика экосистемы Черного моря (численное моделирование) // Экологическая безопасность прибрежной и шель-фовой зон моря. Севастополь : МГИ, 2009. Вып. 19. С. 203–215.
  32. Konovalov S. K., Murray J. W., Luther III G. W. Basic processes of Black Sea biogeochemistry // Oceanography. 2005. Vol. 18, No. 2. P. 24–35. doi:10.5670/oceanog.2005.39
  33. Phenology and drivers of the winter–spring phytoplankton bloom in the open Black Sea: The application of Sverdrup’s hypothesis and its refinements / A. S. Mikaelyan [et al.] // Progr. Oceanogr. 2017. Vol. 151. P. 163–176. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2016.12.006
  34. Изменчивость фотосинтетических параметров фитопланктона в поверхностном слое Черного моря / З. З. Финенко [и др.] // Океанология. 2002. Т. 42, № 1. С. 60–75.
  35. Titov V. B. The Effect of the Long-Term Variations in Climate Conditions on the Hydrological Structure and Ecology of the Black Sea // Water Resources. 2004. Vol. 31, iss. 4. P. 369–375. https://doi.org/10.1023/B:WARE.0000035676.16782.05
  36. Konovalov S. K., Murray J. W. Variations in the chemistry of the Black Sea on a time scale of decades (1960–1995) // J. Marine Syst. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 217–243. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00054-9
  37. Formation of the coastal current in the Black Sea caused by spatially inhomogeneous wind forcing upon the upper quasi-homogeneous layer / A. G. Zatsepin [et al.] // Oceanology. 2008. Vol. 48, iss. 2. P. 159–174. doi:10.1134/S0001437008020021

Скачать статью в PDF-формате