Purpose. The purpose of the work is to study the seasonal, interannual, and spatial variability of key nutrients, chlorophyll a concentration, and phytoplankton species (large and small diatoms, coccolithophores) dominant in the Black Sea based on numerical modeling.
Methods and Results. Numerical calculations for the period 2008–2014 were performed using the NEMO-BFM three-dimensional model adapted to the Black Sea basin. The modeling results made it possible to reproduce the autumn and spring “blooms” of small diatoms, as well as to describe the features of spatial variability of phytoplankton in the Black Sea, particularly the dominance of large diatoms on the basin shelf. Having been added to the model, the parameterizations of coccolithophore osmotrophy and dissolved organic matter photodegradation processes permitted to reproduce qualitatively the coccolithophore seasonal variability characteristic of the central Black Sea, namely summer “bloom” in the upper 20-meter layer from late April to July. The model-derived “bloom” begins somewhat earlier than that obtained from in situ observations. The resulting spatial variability in the distribution of coccolithophore concentration at the sea surface qualitatively agrees with the satellite sensing data. Summer “bloom” is most intense in the central Black Sea where the phosphate influx from the nutricline to the upper layer is most active. Then the coccolithophore concentration increases towards the continental slope reaching its highest values there. Moreover, the model has reproduced the winter coccolithophore “bloom” which is weaker as compared to the summer one. The above patterns of coccolithophore variability are consistent with Bio-Argo floats the measurements.
Conclusions. The developed NEMO-BFM model is a tool that makes it possible to reproduce the spatial variability of chemical and biological substances in the Black Sea and to study their relations with the impact of various physical processes: wind and convective mixing, large-scale and synoptic water dynamics, and propagation of river plumes.
Цель. Исследовать сезонную, межгодовую, пространственную изменчивость основных биогенных элементов, концентрации хлорофилла а и доминантных для Черного моря видов фитопланктона (крупные и мелкие диатомовые водоросли, кокколитофориды) на основе численного моделирования – цель настоящей работы.
Методы и результаты. Численные расчеты проводились при помощи совместной адаптированной к бассейну Черного моря трехмерной модели NEMO-BFM за период 2008–2014 гг. Результаты моделирования позволили воспроизвести осеннее и весеннее «цветение» мелких диатомовых водорослей, а также описать особенности пространственной изменчивости фитопланктона в Черном море, в частности доминирование крупных диатомовых на шельфе бассейна. Добавленные в модель параметризации процессов осмотрофии кокколитофорид и фотодеградации растворенного органического вещества позволили качественно воспроизвести сезонную изменчивость кокколитофорид, характерную для центральной части Черного моря: развитие «цветения» с конца апреля по июль в верхнем 20-метровом слое. «Цветение» по данным модели начинается немного раньше по сравнению с данными контактных наблюдений. Полученная пространственная изменчивость распределения концентрации кокколитофорид на поверхности моря качественно согласуется с данными спутникового зондирования. Летнее «цветение» наиболее интенсивно в центральной части Черного моря, где поступление фосфатов из нутриклина в верхний слой наиболее активно. Затем кокколитофориды с максимальными значениями концентрации смещаются в район континентального склона. В модели удалось воспроизвести зимнее «цветение» кокколитофорид, более слабое по сравнению с летним. Данные особенности изменчивости кокколитофорид согласуются с результатами измерений буями Био-Арго.
Выводы. Разработанная совместная модель NEMO-BFM является инструментом, который дает возможность воспроизводить пространственную изменчивость химических и биологических веществ в Черном море и исследовать их связь с воздействием различных физических процессов – ветрового и конвективного перемешивания, крупномасштабной и синоптической динамики вод, распространения речных плюмов.