1980-е гг. – настоящее время: комплексный анализ тенденций

Temporal development 2016
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

РСА – абиотические переменные

Анализ главных компонент (PCA) был выполнен для всех абиотических переменных, перечисленных в табл. (приложение 1) (рис. 2.2.1). Анализ отчетливо показывает, что основными движущими факторами изменчивости климатической системы Баренцева моря являются общая температура (PC1; объясняет 47% изменчивости) и проток атлантических вод (PC2; объясняет 20% изменчивости). Динамические колебания, т.е. изменения в объеме переноса водных масс, связаны с изменениями Северо-Атлантического колебания (САК).

Максимальная площадь ледового покрова (в апреле) тесно связана с температурой на разрезе «Кольский меридиан», в то время как, согласно исследованиям, изменения в максимальной площади ледового покрова (в сентябре) связаны как с температурой, так и с объемом переноса водных масс в Баренцево море. Годы с выдающимися показателями хорошо заметны: 2016 и 2015 гг., а также 2006, 2007 и 2012 гг. были аномально теплыми и поэтому расположены около положительного края оси x (PC1). Годы так называемой «великой солёностной аномалии» (1978, 1979 и 1980 гг.) находятся на отрицательном крае оси x. Районы с атлантическими водами и арктическими водами соответственно положительно и отрицательно коррелируют с PC1.

Что интересно, и 1979, и 2010 гг. принадлежат к крайним отрицательным значениям динамического измерения, т.е. PC2, однако они расположены далеко друг от друга на шкале температуры (ось x), так как они принадлежат к двум различным климатическим режимам Баренцева моря: холодным 1970-м гг. и теплым 2000-м г. соответственно. 1989 г. выделяется из общего ряда, будучи предельным годом в динамическом измерении, и отмечает начало текущего теплого периода.

Третья ось (PC3; не показана) относится к изменчивости притока атлантических вод через Баренцево море и отрицательно коррелирует с минимумом ледового покрова в сентябре. Мы считаем это динамической частью летнего минимума ледового покрова, который часто близок к нулю и поэтому менее зависит от температуры и, согласно результатам анализа, также зависит от динамического состояния Баренцева моря. Летний минимум ледового покрова отрицательно коррелирует с обменом через границу в северной части Баренцева моря.

Рисунок 2.2.1. PCA абиотических переменных за период 1979–2016 гг.Рисунок 2.2.1. PCA абиотических переменных за период 1979–2016 гг.

Рисунок 2.2.2 наглядно иллюстрирует «бореализацию» Баренцева моря в период 1979–2016 гг. Относящиеся к температуре переменные, такие как собственно температура, площадь акватории, занятой атлантическими водами (T >3°C) и площадь минимального и максимального ледового покрова демонстрируют четкую тенденцию к потеплению. Переменные связанные с динамикой, такие как приток атлантических вод (напр. BSO – приток атлантических вод в Баренцево море) не демонстрируют какой-либо отчетливой тенденции, а скорее незначительные колебания отчасти в связи с атмосферным влиянием, представленным САК. Данные результаты подтверждают выводы о том, что хотя и температура, и объемный перенос атлантических вод в Баренцево море способствуют океаническому переносу тепла в Баренцево море, они (температура и объемный перенос) изменяются в различных временных масштабах. В то время как объемный перенос изменяется от года к году и даже в более коротких временных рамках, температура отчетливо демонстрирует мультидекадную изменчивость, т.е. изменчивость климата в дополнение к основной тенденции, заданной изменением климата.

Рисунок 2.2.2. Временные ряды средних годовых значений абиотических переменных в Баренцевом море, отсортированные по тенденции. Синий цвет обозначает значения ниже среднего за 1979-2016 гг., а красный обозначает значения выше среднего за 1979-2016 гг.Рисунок 2.2.2. Временные ряды средних годовых значений абиотических переменных в Баренцевом море, отсортированные по тенденции. Синий цвет обозначает значения ниже среднего за 1979-2016 гг., а красный обозначает значения выше среднего за 1979-2016 гг.

PCA – зоопланктон и 0-группа рыб

Анализ PCA был выполнен для набора переменных, включающих биомассу зоопланктона трех размерных фракций и суммарную для всей акватории Баренцева моря (рис. 2.2.3), 3 временных ряда криля и численность 0-группы 9 видов рыб (мойва, треска, пикша, сельдь, сайка, черный палтус, камбала-ерш, морской окунь и сайда). Все эти организмы, которые переносятся (или переносились) течениями в Баренцево море и внутри него.

Рисунок 2.2.3. Результаты PCA 16 биотических переменных: биомасса зоопланктона, индексы численности криля, число медуз и численность 0-группы рыб. Биплот переменных и лет, нанесенных на PC-1 и PC-2.Рисунок 2.2.3. Результаты PCA 16 биотических переменных: биомасса зоопланктона, индексы численности криля, число медуз и численность 0-группы рыб. Биплот переменных и лет, нанесенных на PC-1 и PC-2.

Три переменных биомассы зоопланктона оказались в нижнем правом углу (общая, мелкой и средней размерной фракции), тогда как переменные криля направлены вниз и относятся к отрицательным значениям вдоль PC-2. То же направление имеют 0-группы мойвы, трески и окуня, тогда как 0-группы сельди и сайды направлены в противоположную сторону. 0-группа черного палтуса и полярной трески сонаправлены с положительной частью PC-1, тогда как 0-группа камбалы-ерша попадает в нижний правый сектор и сонаправлена со средней размерной фракцией биомассы зоопланктона.

Рисунок 2.2.4. Аналогично рис. 1.2.3, но переменные окружающей среды (абиотические) спроецированы на биплот как пассивные переменные.Рисунок 2.2.4. Аналогично рис. 1.2.3, но переменные окружающей среды (абиотические) спроецированы на биплот как пассивные переменные.

При проецировании абиотических переменных в виде пассивных объясняющих переменных на биплот PCA для зоопланктона, криля и 0-группы рыб, они были выровнены вдоль оси, повернутой примерно на 30° вправо по отношению к вертикальной оси PC-2. Различие между осями потепления и динамическими осями PCA для абиотических переменных (рис. 2.2.1) было менее выражено при данном представлении, в котором пространство в определенной степени сжато в плоскостью. Тенденция к потеплению, на которую указывают переменные для районов с атлантическими и смешанными водными массами на разрезах BSO и «Кольский меридиан» совпадает с переменными для криля (на всей акватории и в южной части Баренцева моря) и 0-группы мойвы, трески и окуня. 0-группа сельди и сайды направлены в противоположную сторону и связаны с холодной стороной тенденции, выявляемой площадью арктических вод и площадью ледового покрова зимой. Эти закономерности отражают общую тенденцию к повышению с хорошим пополнением запасов трески и мойвы на протяжении последних теплых лет, тогда как пополнение сельди и сайды в целом было низким.

На проекции этих лет годы с низкой биомассой зоопланктона в начале 1990-х гг. (1990-1992 гг.) находятся в верхней левой части. тогда как 1994 г. с максимумом биомассы зоопланктона расположен диаметрально противоположно в нижней правой части (рис. 2.2.3 и 2.2.4). Все недавние теплые года после 2006 г. расположены в нижней левой части графика (кроме 2015 г., который находится немного правее). 2004 г. является еще одним диаметрально противоположным годом, расположенным в правом верхнем углу.

РСА – Переменные, относящиеся к рыбам

Анализ PCA был выполнен для 23 переменных, отражающих размер запаса, рост и половое созревание трески (7 переменных), пикши (6 переменных), мойвы (5 переменных), сайки (2 переменных), а также сельди, камбалы-ерша и креветки (по 1 переменной). Биплот с переменными и годами, показанными на PC-1 и PC-2, представлен на рис. 2.2.5. В этом случае при проецировании на биплот переменные, связанные с параметрами окружающей среды, в большей степени сохранили свою конфигурацию, и переменные, связанные с «тенденцией к потеплению» были ориентированы вдоль PC-1, а переменные «притока» – вдоль PC-2 (рисунок 2.2.6).

Переменные, относящиеся к рыбам, формировали ряд «узлов» или кластеров на биплоте. Размер запаса мойвы попадал в одну группу с зависимостью веса от возраста трески (3 и 5 лет) в верхней правой части графика, куда также проецировались некоторые годы с максимальным запасом мойвы (1990–1992 гг.). Другая группа переменных, формирующая группу в правой части графика чуть ниже горизонтальной оси, включает размеры запаса трески и пикши (3+, и SSB пикши). В противоположную сторону была направлена треска, созревающая в возрасте 7 лет и вес трески в возрасте 8 лет, а также смертность креветки. Запас молоди сельди (1–2-летки) был также направлен в противоположную сторону. Последние годы после 2007 г. были сгруппированы в левой нижней части графика вместе с переменными запаса трески и пикши.

Другая группа переменных, образующих кластер в левой нижней части биплота, относилась к росту мойвы, а также промысловой смертности трески и пикши. К годам, попадающим в эту часть графика, относятся годы с низким запасом мойвы и связанной с этим высокой скоростью роста этого вида (1988–1989, 1994–1988, 2004–2006 гг.).

Рисунок 2.2.5. Результаты PCA для 23 биотических переменных, связанных с размером запаса, пополнением, половым созреванием, ростом и смертностью различных видов рыб (треска, пикша, мойва, сельдь, сайка, сайда, черный палтус и камбала-ерш). Биплот переменных и лет, нанесенных на PC-1 и PC-2.Рисунок 2.2.5. Результаты PCA для 23 биотических переменных, связанных с размером запаса, пополнением, половым созреванием, ростом и смертностью различных видов рыб (треска, пикша, мойва, сельдь, сайка, сайда, черный палтус и камбала-ерш). Биплот переменных и лет, нанесенных на PC-1 и PC-2.

Рисунок 2.2.6. Аналогично рис. 2.2.4, но переменные окружающей среды (абиотические) спроецированы на биплот как пассивные переменные.Рисунок 2.2.6. Аналогично рис. 2.2.4, но переменные окружающей среды (абиотические) спроецированы на биплот как пассивные переменные.

В целом Баренцево море перешло из состояния с холодными условиями, низким запасом придонных рыб и высокой промысловой нагрузкой в 1980-х гг. к теплым условиям (глава 3.1), высокому запасу придонных рыб (глава 3.6) и сниженной промысловой нагрузке (глава 3.9.1) в последние годы (рис. 2.2.7).

Рисунок 2.2.7. Временные ряды среднегодовых значений абиотических и биотических переменных в Баренцевом море, отсортированные по тенденции. Синий цвет обозначает значения ниже среднего за 1988–2016 гг., а красный обозначает значения выше среднего за 1988–2016 гг.Рисунок 2.2.7. Временные ряды среднегодовых значений абиотических и биотических переменных в Баренцевом море, отсортированные по тенденции. Синий цвет обозначает значения ниже среднего за 1988–2016 гг., а красный обозначает значения выше среднего за 1988–2016 гг.