Экстремальные явления морских волн тепла у восточного побережья полуострова Камчатка и в прилегающих районах в условиях современного глобального потепления

И. Д. Ростов✉, Е. В. Дмитриева, И. А. Жабин

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия

✉ e-mail: rostov@poi.dvo.ru

Аннотация

Цель. Определить характеристики и тенденции межгодовой изменчивости параметров морских волн тепла у восточного побережья п-ова Камчатка, а также в прилегающих районах за последние четыре десятилетия и дать анализ их причинно-следственных связей с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере в контексте глобального потепления, изучить возможную роль прибрежного ветрового апвеллинга в цепочке событий масштабной экологической катастрофы в исследуемом регионе осенью 2020 г. в условиях интенсификации морских волн тепла и вспышки вредоносного цветения водорослей – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Для анализа данных климатических массивов NOAA применялись стандартные методы идентификации изменчивости морских волн тепла и определения параметров амплитудно-частотного состава в узлах регулярной сетки. Результаты позволили детально охарактеризовать пространственно-временную изменчивость морских волн тепла в исследуемом регионе, включая частоту событий, их продолжительность, интенсивность, интегральные показатели (кумулятивную интенсивность и композитный индекс интенсивности), а также тенденции межгодовых и сезонных колебаний. Также были выявлены случаи ветрового апвеллинга глубинных вод в прибрежной зоне, который сопровождался всплеском концентрации хлорофилла a на поверхности океана в период вспышки вредоносного цветения водорослей.

Выводы. Морские волны тепла развивались на фоне устойчивых положительных трендов температуры поверхности океана. В последние два десятилетия на фоне глобального потепления наблюдалось значительное увеличение всех характеристик морских волн тепла. Выявлены статистически значимые корреляции между колебаниями различных параметров морских волн тепла и изменениями характеристик аномалий поля приземной температуры воздуха, геопотенциальной высоты изобарической поверхности 500 мбар, а также климатических индексов, указывающих на локальное и удаленное воздействие крупномасштабных атмосферных процессов. В период вспышки вредоносного цветения водорослей у Камчатского побережья, наблюдавшейся после воздействия морских волн тепла, отмечалось усиление ветрового апвеллинга в прибрежной зоне, способствующего поступлению биогенных веществ и динофлагеллят в фотический слой и увеличению их численности и концентрации хлорофилла a. Проведенные исследования позволили подтвердить предположение о роли экстремальных явлений морских волн тепла в цепочке событий экологической катастрофы в исследуемом регионе осенью 2020 г.

Ключевые слова

северо-западная часть Тихого океана, Камчатка, климатические изменения, морские волны тепла, апвеллинг, концентрация хлорофилла, климатические индексы, корреляционные связи

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы государственного задания ТОИ ДВО РАН «Отклик и потенциальное изменение прибрежных экосистем Камчатки в условиях глобальных климатических и локальных катастрофических воздействий». Регистрационный номер 124072200009-5.

Для цитирования

Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Жабин И. А. Экстремальные явления морских волн тепла у восточного побережья полуострова Камчатка и в прилегающих районах в условиях современного глобального потепления // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 4. С. 417–435. EDN KYTEWK.

Rostov, I.D., Dmitrieva, E.V. and Zhabin, I.A., 2025. Extreme Events of Marine Heat Waves off the Eastern Coast of the Kamchatka Peninsula and in the Adjacent Areas under Conditions of Modern Global Warming. Physical Oceanography, 32 (4), pp. 446-463.

Список литературы

  1. State of the Global Climate 2023. World Meteorological Organization. WMO-No. 1347. Geneva : WMO, 2024. 47 p.
  2. A hierarchical approach to defining marine heatwaves / A. J. Hobday [et al.] // Progress in Oceanography. 2016. Vol. 141. P. 227–238. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2015.12.014
  3. Marine Heatwaves / E. C. J. Oliver [et al.] // Annual Review of Marine Science. 2021. Vol. 13, iss. 1. P. 313–342. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-032720-095144
  4. Local Drivers of Marine Heatwaves: A Global Analysis With an Earth System Model / L. Vogt [et al.] // Frontiers in Climate. 2022. Vol. 4. 847995. https://doi.org/10.3389/fclim.2022.847995
  5. Yao Y., Wang C., Fu Y. Global Marine Heatwaves and Cold-Spells in Present Climate to Future Projections // Earth’s Future. 2022. Vol. 10, iss. 11. e2022EF002787. https://doi.org/10.1029/2022EF002787
  6. Arctic Amplification of marine heatwaves under global warming / Y. He [et al.] // Nature Communication. 2024. Vol. 15. 8265. https://doi.org/10.1038/s41467-024-52760-1
  7. Marine heatwaves as drivers of biological and ecological change: implications of current research patterns and future opportunities / P. W. S. Joyce [et al.] // Marine Biology. 2024. Vol. 171. 20. https://doi.org/10.1007/s00227-023-04340-y
  8. Scale-Dependent Drivers of Marine Heatwaves Globally / C. Bian [et al.] // Geophysical Research Letter. 2024. Vol. 51, iss. 3. e2023GL107306. https://doi.org/10.1029/2023gl107306
  9. Hotspots and drivers of compound marine heatwaves and low net primary production extremes / N. Le Grix [et al.] // Biogeosciences. 2022. Vol. 19, iss. 24. P. 5807–5835. https://doi.org/10.5194/bg-19-5807-2022
  10. Frölicher T. L., Laufkötter C. Emerging risks from marine heat waves // Nature Communications. 2018. Vol. 9, iss. 1. 650. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03163-6
  11. Marine harmful algal blooms (HABs) in the United States: History, current status and future trends / D. M. Anderson [et al.] // Harmful Algae. 2021. Vol. 102. 101975. https://doi.org/10.1016/j.hal.2021.101975
  12. Falkowski P. G., Oliver M. G. Mix and match: how climate selects phytoplankton // Nature Reviews: Microbiology. 2007. Vol. 5, iss. 10. P. 813–819. https://doi.org/10.1038/nrmicro1751
  13. Marine heatwaves during the pre-monsoon season and their impact on Chlorophyll-a in the north Indian Ocean in 1982–2021 / M. S. Krishnapriya [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2023. Vol. 197. 115783. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115783
  14. Noh K. M., Lim H.-G., Kug J.-S. Global chlorophyll responses to marine heatwaves in satellite ocean color // Environmental Research Letters. 2022. Vol. 17, iss. 6. 064034. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac70ec
  15. Unprecedented Outbreak of Harmful Algae in Pacific Coastal Waters of Southeast Hokkaido, Japan, during Late Summer 2021 after Record-Breaking Marine Heatwaves / H. Kuroda [et al.] // Journal of Marin Science and Engineering. 2021. Vol. 9, iss. 12. 1335. https://doi.org/10.3390/jmse9121335
  16. Temporal and spatial characteristics of harmful algal blooms in the Bohai Sea during 1952–2014 / N.-q. Song [et al.] // Continental Shelf Research. 2016. Vol. 122. P. 77–84. https://doi.org/10.1016/j.csr.2016.04.006
  17. An unprecedented coastwide toxic algal bloom linked to anomalous ocean conditions / R. M. McCabe [et al.] // Geophysical Research Letters. 2016. Vol. 43, iss. 19. P. 10366–10376. https://doi.org/10.1002/2016GL070023
  18. Detection and Analysis of the Causes of Intensive Harmful Algal Bloom in Kamchatka Based on Satellite Data / V. Bondur [et al.] //Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9, iss. 10. 1092. https://doi.org/10.3390/jmse9101092
  19. A massive bloom of Karenia species (Dinophyceae) off the Kamchatka coast, Russia, in the fall of 2020 / T. Y. Orlova [et al.] // Harmful Algae. 2022. Vol. 120, iss. 2. 102337. https://doi.org/10.1016/j.hal.2022.102337
  20. Distribution of Harmful Algae (Karenia spp.) in October 2021 Off Southeast Hokkaido, Japan / H. Kuroda [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2022. Vol. 9. 841364. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.841364
  21. Цхай Ж. Р., Шевченко Г. В. Особенности распределения концентрации хлорофилла a у восточного побережья Камчатки осенью 2020 года по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19, № 1. С. 226–238. EDN MWSZTP. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2022-19-1-226-238
  22. Categorizing and Naming Marine Heatwaves / A. J. Hobday [et al.] // Oceanography. 2018. Vol. 31, iss. 2. P. 162–173. https://doi.org/10.5670/oceanog.2018.205
  23. Onset and Decline Rates of Marine Heatwaves: Global Trends, Seasonal Forecasts and Marine Management / C. M. Spillman [et al.] // Frontiers in Climate. 2021. Vol. 3. 801217. https://doi.org/10.3389/fclim.2021.801217
  24. Effect of marine heatwaves on bloom formation of the harmful dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides: Two sides of the same coin? / Y. K. Lim [et al.] // Harmful Algae. 2021. Vol. 104. 102029. https://doi.org/10.1016/j.hal.2021.102029
  25. Marine Heatwaves in China's Marginal Seas and Adjacent Offshore Waters: Past, Present, and Future / Y. Yao [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2020. Vol. 125, iss. 3. e2019JC015801. https://doi.org/10.1029/2019JC015801
  26. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Межгодовая изменчивость термических характеристик верхнего 1000-метрового слоя внетропической зоны северо-западной части Тихого океана на рубеже XX–XXI веков // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 2. С. 157–176. EDN ALOUMA. https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-2-157-176
  27. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Воронцов А. А. Тенденции климатических изменений термических условий в прибрежных акваториях западной части Берингова моря и прилегающих районах за последние десятилетия // Известия ТИНРО. 2018. Т. 193. С. 167–182. https://doi.org/10.26428/1606-9919-2018-193-167-182
  28. Zhao Z., Marin M. A. MATLAB toolbox to detect and analyze marine heatwaves // The Journal of Open Source Software.2019. Vol. 4, iss. 33. 1124. https://doi.org/10.21105/joss.01124
  29. Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Тенденции изменений температуры воды в тропической зоне Тихого океана В 1982-2021 гг. // Океанология. 2023. Том 63, № 6. С. 871–885. EDN UZQZMH. https://doi.org/10.31857/S0030157423060126
  30. Bakun A. Global Climate Change and Intensification of Coastal Ocean Upwelling // Science. 1990. Vol. 247. iss. 4939. Р. 198–201. https://doi.org/10.1126/science.247.4939.198
  31. Gonzalez-Nuevo G., Gago J., Cabanas J. M. Upwelling index: a powerful tool for marine research in the NW Iberian upwelling system // Journal of Operational Oceanography. 2014. Vol. 7, iss. 1. P. 47–57. https://doi.org/10.1080/1755876x.2014.11020152
  32. Large W. G., Pond S. Open Ocean Momentum Flux Measurements in Moderate to Strong Winds // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, iss. 3. P. 324–336. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)011%3C0324:OOMFMI%3E2.0.CO;2
  33. A quantitative analysis of marine heatwaves in response to rising sea surface temperature / Y. Cheng [et al.] // Science of The Total Environment. 2023. Vol. 881. 163396. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163396
  34. Carvalho K. S., Smith T. E., Wang S. Bering Sea marine heatwaves: Patterns, trends and connections with the Arctic // Journal of Hydrology. 2021. Vol. 600. 126462. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126462

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.