Интегральная первичная продукция в глубоководных районах Черного моря в 1998 – 2015 годах

И. В. Ковалёва1,✉, В. В. Суслин2

1 ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН», Севастополь, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: ila.82@mail.ru

Аннотация

Цель. С помощью математического моделирования по данным спутниковых измерений оценить ежемесячные изменения интегральной первичной продукции в глубоководной зоне Черного моря за 1998–2015 гг. – цель данной работы.

Методы и результаты. По данным спутниковых наблюдений SeaWiFS и MODIS проведены расчеты интегральной первичной продукции с помощью модифицированной авторами модели. Использовался разработанный в Морском гидрофизическом институте РАН алгоритм для восстановления концентрации хлорофилла а по данным спутниковых измерений в видимом диапазоне спектра, полученный на основе измерений in situ за период 1997–2015 гг. Применяемые коэффициенты яркости моря для трех длин волн 490, 510 и 555 нм позволяют учесть поглощение окрашенного растворенного вещества, они слабо чувствительны к ошибкам атмосферной коррекции и обратному рассеянию света взвесью. Для расчета интегральной первичной продукции использовалась адаптированная модель Бехренфилда и Фальковского с применением физиологических параметров фитопланктона, полученных по данным in situ для Черного моря. Представлены данные сезонной изменчивости осредненных за двухнедельный период величин первичной продукции в центральной части Черного моря за 1998–2015 гг.

Выводы. Продуктивность в столбе воды для глубоководной зоны (от 500 м) за 18 лет в среднем составляла 157–158 гС·м–2·год–1. Наблюдаются три периода повышения интегральной первичной продукции в течение годового цикла: зимне-весенний, летний и позднеосенний. Тренды продуктивности за исследованный отрезок времени не наблюдались. Снижение показателей зафиксировано после 2008 г. В восточном и западном глубоководных районах характер изменения первичной продукции был сходен. Полученные величины продуктивности за 1998–2015 гг. согласуются с данными ранних исследований. В Черном море наблюдается смена периодов повышения и снижения продукционных показателей, связанная преимущественно с климатическим воздействием.

Ключевые слова

первичная продукция, Черное море, фитопланктон, модельные расчеты, спутниковые наблюдения

Благодарности

Авторы благодарят доктора биологических наук профессора З. З. Финенко за участие в обсуждении результатов. Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ИнБЮМ по теме № 121041400077-1 «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом» и частично в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений».

Для цитирования

Ковалёва И. В., Суслин В. В. Интегральная первичная продукция в глубоководных районах Черного моря в 1998–2015 годах // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 4. С. 432–445. EDN MYVMZX. doi:10.22449/0233-7584-2022-4-432-445

Kovalyova, I.V. and Suslin, V.V., 2022. Integrated Primary Production in the Deep-Sea Regions of the Black Sea in 1998–2015. Physical Oceanography, 29(4), pp. 404-416. doi:10.22449/1573-160X-2022-4-404-416

DOI

10.22449/0233-7584-2022-4-432-445

Список литературы

  1. Ведерников В. И., Демидов А. Б. Первичная продукция и хлорофилл в глубоководных районах Черного моря // Океанология. 1993. Т. 33, № 2. С. 229–235.
  2. Ведерников В. И., Демидов А. Б. Вертикальное распределение первичной продукции и хлорофилла в различные сезоны в глубоководных районах Черного моря // Океанология. 1997. Т. 37, № 3. С. 414–423.
  3. 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 / Отв. ред. А. Г. Зацепин, М. В. Флинт. Москва : Наука, 2002. С. 212–247.
  4. Демидов А. Б. Сезонная изменчивость и оценка годовых величин первичной продукции фитопланктона в Черном море // Океанология. 2008. Т. 48, № 5. С. 718–733.
  5. Ковалева И. В. Межгодовые и сезонные изменения концентрации хлорофилла а и первичной продукции в глубоководной части Черного моря // Гидробиологический журнал. 2014. Т. 50, № 3. С. 38–50.
  6. Финенко З. З. Первичная продукция Черного моря: экологические и физиологические характеристики фитопланктона // Экология моря. 2001. Вып. 57. С. 60–67.
  7. Финенко З. З., Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Оценка продуктивности фитопланктона Черного моря по спутниковым данным // Доклады Академии наук. 2010. Т. 432, № 6. С. 845–848.
  8. Финенко З. З., Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Региональная модель для расчета первичной продукции Черного моря с использованием данных спутникового сканера цвета SeaWiFS // Морской экологический журнал. 2009. Т. VIII, № 1. С. 81–106.
  9. Юнев О. А. Эвтрофикация глубоководной части Черного моря: многолетние изменения годовой первичной продукции фитопланктона // Системы контроля окружающей среды. Средства, информационные технологии и мониторинг. Севастополь : НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2009. С. 407–413.
  10. Long-term variations of surface chlorophyll a and primary production in the open Black Sea / О. А. Yunev [et al.] // Marine Ecology Progress Series. 2002. V. 230. P. 11–28. doi:10.3354/meps230011
  11. Agirbas Е., Bakirci М. Size-fractionated primary production in the south-eastern Black Sea // Oceanologia. 2022. Vol. 64, iss. 2. P. 244–266. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2021.11. 002
  12. Первичная продукция Черного моря: спектральный подход / Т. Я. Чурилова [и др.] // Морской биологический журнал. 2016. Т. 1, № 3. С. 50–53. doi:10.21072/mbj.2016.01.3.08
  13. Ковалёва И. В. Сравнение алгоритмов расчета первичной продукции Черного моря по концентрации хлорофилла в поверхностном слое, интенсивности солнечной радиации и температуре // Морской экологический журнал. 2010. Т. IX, № 2. С. 62–73.
  14. Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Суслин В. В. Оценка биомассы фитопланктона и первичной продукции в Черном море по спутниковым данным // Промысловые биоресурсы Черного и Азовского морей / Под ред. В. Н. Еремеева и др. Севастополь : НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. С. 221–236.
  15. Oguz T., Dippner J. W., Kaymaz Z. Climatic regulation of the Black Sea hydro-meteorological and ecological properties at interannual-to-decadal time scales // Journal of Marine Systems. 2006. Vol. 60, iss. 3–4. Р. 235–254. doi:10.1016/j.jmarsys.2005.11.011
  16. Юнев О. А. Эвтрофикация и годовая первичная продукция фитопланктона глубоководной части Черного моря // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 1–10.
  17. Peculiarities of seasonal variability of primary production in the Black Sea / L. V. Stelmakh [et al.] // Ecosystem modeling as a management tool for the Black Sea / Eds. U. Ivanov, T. Oguz. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers. 1998. Vol. 1. P. 93–104.
  18. Суслин В. В., Чурилова Т. Я., Сосик Х. М. Региональный алгоритм расчета концентрации хлорофилла а в Черном море по спутниковым данным SeaWiFS // Морской экологический журнал. 2008. Т. VII, № 2. С. 24–42.
  19. Suslin V., Churilova T. A regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners // International Journal of Remote Sensing. 2016. Vol. 37, iss. 18. P. 4380–4400. http://dx.doi.org/ 10.1080/01431161.2016.1211350
  20. Концентрация хлорофилла а в Черном море: cравнение спутниковых алгоритмов / В. В. Суслин [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 64–72. doi:10.7868/S2073667318030085
  21. Behrenfeld M. J., Falkowski P. G. A consumer’s guide to phytoplankton primary productivity models // Limnology and Oceanography. 1997. Vol. 42. iss. 7. P. 1479–1491.
  22. Suslin V. V., Slabakova V. K., Churilova T. Ya. Diffuse attenuation coefficient for downwelling irradiance at 490 nm and its spectral characteristics in the Black Sea upper layer: modeling, in situ measurements and ocean color data // Proc. SPIE 10466, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 104663H (30 November 2017). 2017. https://doi.org/10.1117/12.2287367
  23. Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Упрощенный метод расчета спектрального диффузного коэффициента ослабления света в верхнем слое Черного моря на основе спутниковых данных // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. Вып. 22. С. 47–60.
  24. Кривенко О. В., Пархоменко А. В. Пространственная и временная изменчивость биомассы фитопланктона в Черном море за период 1948–2000 гг. // Морской экологический журнал. 2010. Т. IX, № 4. С. 5–24.
  25. Финенко З. З., Крупаткина Д. К. Первичная продукция в Черном море в зимне-весенний период // Океанология. 1993. Т. 33, № 1. С. 97–104.
  26. Скорость роста фитопланктона и его выедание зоопланктоном в западной части Черного моря в осенний период / Л. В. Стельмах [и др.] // Океанология. 2009. Т. 49, № 1. С. 90–100.
  27. Брянцева Ю. В., Горбунов В. П. Пространственное распределение основных параметров фитопланктона в северной части Черного моря // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2012. Вып. 7. С. 126–137.
  28. The impact of physical processes on taxonomic composition, distribution and growth of phytoplankton in the open Black Sea / A. S. Mikaelyan [et al.] // Journal of Marine Systems. 2020. Vol. 208. 103368. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2020.103368
  29. Platt T. Primary production of the ocean water column as a function of surface light intensity: algorithms for remote sensing // Deep Sea Research Part. A. Oceanographic Research Papers. 1986. Vol. 33. iss. 2. Р. 149–163.
  30. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2011. 212 с.

Скачать статью в PDF-формате