Фитопланктон и первичная продукция

Phytoplankton and primary production 2016
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Развитие фитопланктона в Баренцевом море характерно для высокоширотного района с отчетливо выраженным максимумом биомассы и продуктивности в весенний период. Зимой и ранней весной (январь — март) и биомасса фитопланктона, и продуктивность достаточно низки. Весеннее цветение начинается в середине апреля - середине мая, и его интенсивность может значительно отличаться от года к году.

Цветение обычно продолжается 3—4 недели, и за ним следует уменьшение биомассы фитопланктона главным образом из-за исчерпания питательных веществ и выедания зоопланктоном. Позднее осенью, когда усиливающиеся ветра начинают перемешивать верхний слой и поднимать питательные вещества к поверхности, может наблюдаться короткое осеннее цветение. Тем не менее, развитие описанного здесь общего сценария во времени может значительно варьироваться географически. Так, весеннее цветение вдоль кромки льда в Баренцевом море может иногда происходить раньше, чем в южных районах, ввиду более ранней стратификации, вызванной таянием льда.

Спутниковые данные

Дневная чистая первичная продукция (NPP) и площадь свободной ото льда поверхности (OW) были рассчитаны при помощи спутниковых данных, как подробно описано в Arrigo and Van Dijken (2015). Рассчитанный по спутниковым данным Chl a в поверхностном слое (Sat Chl a, данные 3-го уровня, разрешение по времени 8 дней) был основан на информации, полученной с SeaWiFS за период с 1998 по 2002 гг. Начиная с 2003 г. использовались данные MODIS/Aqua, подвергнутые повторной обработке (R2014.0 для SeaWiFS и R2014.0/R2014.0.1 для MODIS/Aqua)). Эта работа была проведена в сотрудничестве с профессором Кевином Арриго и Гертом ван Дийкеном из Стэнфордского университета, США.

Межгодовая и сезонная изменчивость Chl a

Одна из главных целей нашей продолжающейся работы заключается в подтверждении спутниковых данных результатами наблюдений. Ранее опубликованные результаты съемок на разрезе «Фулёй — Медвежий» (ФМ) показывают, что сезонная динамика и интенсивность измеренной со спутника концентрации Chl a высоко коррелирует с измеренными in situ концентрациями Chl a как в верхнем 20 м, так и 50 м слое (Dalpadado et al., 2014). В данном исследовании сезонная динамика in situ Chl a и биомассы зоопланктона на разрезе ФМ показывает, что развитие зоопланктона начинается с задержкой в один месяц после начала цветения фитопланктона, а максимум биомассы имеет место с июня по сентябрь. У нас имеются данные пространственных наблюдений in situ Chl a в Баренцевом море главным образом в осенние месяцы (август и сентябрь). Сравнение приближенных к реальному времени спутниковых и in situ наблюдений свидетельствует о наличии прямой зависимости между двумя переменными при условии, что оба типа данных имеют хороший охват (рисунок 3.2.1).

Рисунок 3.2.1. Приближенные к реальному времени спутниковые данные по концентрации хлорофилла осенью и местоположение in situ измерений (карты), а также связь между двумя переменными (графики).Рисунок 3.2.1. Приближенные к реальному времени спутниковые данные по концентрации хлорофилла осенью и местоположение in situ измерений (карты), а также связь между двумя переменными (графики).

Учитывая, что данные дистанционного зондирования имеют хороший пространственный и временной охват, мы используем эти данные для оценки межгодовой изменчивости концентраций хлорофилла. Спутниковые данные по Баренцеву морю свидетельствуют о значительной межгодовой изменчивости концентраций Chl a с общей тенденцией к увеличению со временем (рисунок 3.2.2).

Рисунок 3.2.2. Межгодовая изменчивость измеренной со спутника концентрации Chl a, среднегодовые значения.Рисунок 3.2.2. Межгодовая изменчивость измеренной со спутника концентрации Chl a, среднегодовые значения.

Чистая первичная продукция (NPP)

Рисунок 3.2.3 Полигональные регионы в Баренцевом море. Следует отметить, что при работе с зоопланктоном в двух полигонах (Центральная банка и Медвеженский желоб) выделяются несколько районов: Центральная подразделяется на два района (банка Персея и Центральная банка), а Медвеженский желоб - на три (Медвеженский желоб, Западный желоб и Демидовская банка).Рисунок 3.2.3 Полигональные регионы в Баренцевом море. Следует отметить, что при работе с зоопланктоном в двух полигонах (Центральная банка и Медвеженский желоб) выделяются несколько районов: Центральная подразделяется на два района (банка Персея и Центральная банка), а Медвеженский желоб - на три (Медвеженский желоб, Западный желоб и Демидовская банка).

При анализе данных дистанционного зондирования использовались полигональные районы, показанные на рисунке 3.2.3.

Полученные со спутника данные о чистой первичной продукции (NPP) на совокупной площади полигонов свидетельствуют о наличии значительной межгодовой изменчивости чистой первичной продукции в период 1998—2016 гг. Тем не менее, общая тенденция свидетельствует о том, что NPP в Баренцевом море с годами повысилась (рисунок 3.2.4). Это повышение было преимущественно вызвано тем, что ледовитость уменьшалась, приводя к увеличению свободной ото льда акватории и периода роста (рисунок 3.2.7—9; Dalpadado et al., 2014; Arrigo and Van Dijken, 2011; 2015). Кроме того, с годами также повысилась средняя продукция на единицу площади. Наши результаты указывают на то, что средняя дневная скорость продукции (мг C М-2 дней-1), усредненная по сезону роста, значительно увеличилась с 2010 г. с 446 (1998—2009 гг.) до 596 мг C М-2 дней-1 (2010—2016 гг.) в первой половине года (не показано). NPP в восточных районах (юго-восточный и северо-восточный полигоны) значительно увеличилась в период исследования (рисунок 3.2.3). NPP в районе Шпицбергена была наивысшей среди северных полигонов и также демонстрировала тенденцию к повышению с годами (рисунок 3.2.5). NPP в юго-западном полигоне демонстрировала значительную межгодовую изменчивость, однако четкая тенденция к повышению не отмечалась (не показано).

Новая продукция (NP), объем которой оценивался по потреблению азота (сезонное уменьшение количества нитратов в водной толще) на разрезах «Фулёй — Медвежий» (ФМ) и «Вардё — север» (ВС) с марта по июнь, свидетельствует о том, что полученные результаты сравнимы со значениями спутниковых оценок NPP (Rey et al., в печати). В данном исследовании первичная продукция на обоих разрезах была сопоставима, что свидетельствует о том, что большая часть продукции с марта по июнь использует зимние запасы нитратов. Результаты показывают, что годовая NP составляла примерно 60% от совокупной NPP, что свидетельствует о том, что половина годовой продукции имеет место во время весеннего цветения и использует зимние нутриенты. В исследовании Sakshaug et al. (2009) также показано. что новая продукция может составлять прим. 50% общей продукции в Баренцевом море.

Рисунок 3.2.4. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) в Баренцевом море. Следует отметить, что данные за 2016 г. обработаны только до середины сентября.Рисунок 3.2.4. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) в Баренцевом море. Следует отметить, что данные за 2016 г. обработаны только до середины сентября.

Рисунок 3.2.5. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) в юго-восточном и северо-восточном полигонах.Рисунок 3.2.5. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) в юго-восточном и северо-восточном полигонах.

Рисунок 3.2.6. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) на акватории 3 северных полигонов.Рисунок 3.2.6. Годовая чистая первичная продукция (спутниковые оценки NPP) на акватории 3 северных полигонов.

Площадь открытой воды (OWA)

С 1978 г. сплоченность морского льда в Арктике снижалась на прим. 9% за десятилетие и сопровождалась снижением толщины и продолжительности ледового покрова (Arrigo and Van Dijken, 2015, а также список литературы в нем). Из-за уменьшения площади морского льда OWA (максимальная площадь свободной ото льда акватории в конце лета или осени) в Баренцевом море увеличилась с годами, вероятно приведя к увеличению NPP в регионе. Это подтверждается спутниковыми оценками площади открытой воды (OWA) (рис. 3.2.7A). Это увеличение было наиболее значительным в северо-восточном и юго-восточном полигонах (рис. 3.2.7B).

Рисунок 3.2.7. Площадь открытой воды A) во всем Баренцевом море и B) в восточной части Баренцева моряРисунок 3.2.7. Площадь открытой воды A) во всем Баренцевом море и B) в восточной части Баренцева моря

Между увеличением рассчитанного по спутниковым данным NPP и увеличением OWA существует статистически значимая взаимосвязь (рис. 3.2.7). Помимо этого, NPP также связан с увеличением концентрации хлорофилла а (рисунок 8). Поэтому тенденция к увеличению NPP, показанная на рисунке 3.2.8, отражает увеличение и OWA, и средней биомассы фитопланктона (хлорофилл a).

Рисунок 3.2.8. Взаимосвязь между спутниковыми измерениями NPP и Chl a и площадью открытой воды (OWA).Рисунок 3.2.8. Взаимосвязь между спутниковыми измерениями NPP и Chl a и площадью открытой воды (OWA).

Сезон роста

Продолжительность сезона роста определяется нами как количество дней между началом и окончанием сезонного роста фитопланктона. Начало сезона роста = первый день, когда в полигоне имеется пиксель хлорофилла. Конец сезона роста = последний день, когда в полигоне имеется пиксель хлорофилла. Дистанционное зондирование показало, что между периодами 1998—2005 гг и 2006—2016 гг. средняя продолжительность сезона роста увеличилась со 166 до 174 дней (рисунок 3.2.9).

Рисунок 3.2.9. Средняя продолжительность периода роста (количество дней) в Баренцевом море.Рисунок 3.2.9. Средняя продолжительность периода роста (количество дней) в Баренцевом море.

Основные положения

  1. Проверка наблюдений in situ и спутниковых данных свидетельствует о том, что для Баренцева моря модель, предложенная Arrigo et al. (2008) обеспечивает корректные результаты, сопоставимые с результатами измерений (Dalpadado et al., 2014, Rey et al. (в печати) и текущая работа в рамках проекта TIBIA).
  2. Со временем пространственно интегрированная продукция (NPP) увеличилась в большинстве полигональных регионов. Заметный рост отмечен в восточных регионах (северо-восток и юго-восток), где с годами ледовитость уменьшилась.
  3. Между хлорофиллом площадью открытой воды (акватории, свободной ото льда) и интегрированной продукцией (NPP) имеется высоко значимая статистическая взаимосвязь. Увеличение свободной ото льда акватории обеспечивает более благоприятную среду для роста фитопланктона, так как сезон роста (количество дней с водой, свободной ото льда) увеличился.
  4. Наше исследование показывает, что большая часть годовой продукции имеет место до дня №200. Опубликованные работы также свидетельствуют о том, что почти половина годовой продукции имеет место во время весеннего цветения и использует зимние нутриенты.
Sign up via our free email subscription service to receive notifications when new information is available.