Фитопланктон и первичная продуктивность

Photo: Joshua Stevens and Lauren Dauphin, NASA

Phytoplankton and primary production 2019
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

На основании спутниковой оценки ежегодная чистая первичная продуктивность в Баренцевом море показывает тенденцию к увеличению с удвоением за последние двадцать лет вследствие повышения температуры, которое приводит к уменьшению ледовитости и продлению периода открытой воды.

Развитие фитопланктона в Баренцевом море типично для высокоширотного региона с отчетливо выраженным максимумом биомассы и продуктивности в весенний период. Зимой и в начале весны (январь — март) как биомасса, так и продуктивность фитопланктона относительно низки. Весеннее цветение начинается в середине апреля — середине мая, и его интенсивность может значительно отличаться от года к году. Обычно цветение продолжается примерно 3–4 недели, и за ним следует уменьшение биомассы фитопланктона преимущественно 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 сроки развития фитопланктона могут отличаться от этой картины в разных районах. Весеннее цветение в акватории с атлантическими водами (не имеющими ледового покрова) вызывается перепадом температур, тогда как в арктических водах (имеющих сезонный ледовый покров) цветение определяется стабильностью таяния льда (Skjoldal and Rey 1989, Hunt et al. 2012). Таким образом, весеннее цветение у кромки льда иногда может происходить раньше, чем в южных регионах Баренцева моря, благодаря более ранней стратификации, вызываемой таянием льда.

Спутниковые данные

Данные дистанционного зондирования, имеющие высокое пространственное и временное разрешение, использовались при получении концентрации Chl a (мг м-3) и средней дневной чистой первичной продуктивности (ЧПП) (г C м-2 день-1). Дневная чистая первичная продуктивность (ЧПП) и площадь открытой воды (OWA) рассчитывали на основании спутниковых данных, как подробно описано в работе Arrigo and Van Dijken (2015). Рассчитанные по спутниковым данным показатели Chl a (Sat Chl a, уровень 3, группированные за 8 дней) основаны на показаниях датчиков SeaWiFS и MODIS/Aqua. SeaWiFS использовался в 1998–2002 гг., а MODIS/Aqua — в 2003–2017 гг. Данные были обновлены в соответствии с последними расчетами NASA версии R2018.0. По годам, для которых имелись данные от обоих датчиков (2003–2007 гг.), показатель Chl от SeaWiFS был последовательно выше, чем от MODIS/Aqua. Поэтому мы использовали для показателя Chl от SeaWiFS поправочный коэффициент, чтобы создать сопоставимый временной ряд данных за 20-летний период. Значения для Юго-восточного и Печорского полигонов были пересчитаны после исключения регионов, на которые больше всего оказывает влияние речной сток (18 % и 41 % от общей площади соответственно). Эта работа была проведена в сотрудничестве с профессором Кевином Арриго (Kevin Arrigo) и Гертом ван Дейкеном (Gert van Dijken) из Стэнфордского университета, США. Работы по подтверждению спутникового показателя Chl a с использованием данных непосредственных измерений выявили значительную корреляцию между этими двумя переменными в Баренцевом море (Dalpadado et al. 2014, ICES/WGIBAR 2017, данное исследование) и, таким образом, модель ЧПП, основанная на спутниковых данных Arrigo et al. (2015), дает приемлемые результаты, сравнимые с натурными измерениями морского дна. Кроме того, оценки новой продукции фитопланктона, основанные на потреблении азота (сезонное снижение количества нитратов в водной толще), на разрезах «Фулёя — остров Медвежий» (ФМ) и «Вардё — Север» (ВС), представляющих западную и центральную части Баренцева моря соответственно, с марта по июнь были сравнимы со спутниковыми значениями ЧПП (Rey et al., в печати, личное сообщение).

Пространственные и временные закономерности Chl а весной

Для изучения сезонной и межгодовой изменчивости в распределении Chl a использовались данные дистанционного зондирования, обеспечивающие хороший пространственный и временной охват. Спутниковые данные из Баренцева моря в течение 2016–2018 гг. показали большую межгодовую изменчивость с самой высокой концентрацией Chl a, обычно наблюдаемой в мае (рис 3.2.2.1). В 2016 г. наблюдалось гораздо меньше морского льда и имела место экспансия распространения Chl a на север и восток. Кроме того, в этом году отмечены более раннее цветение и более высокие концентрации в восточных регионах в апреле и мае. 2017 г. был более холодным с бо́льшим количеством льда, особенно по сравнению с 2016 г. Концентрация Chl a была намного ниже в апреле — июле 2017 г. по сравнению с предыдущим годом. Ледяной покров в апреле 2017 г. и 2018 г. был больше, чем в 2016 г. Несмотря на то, что в апреле 2018 г. отмечен более низкий показатель Chl a, чем в 2016 г., высокая концентрация в мае наблюдалась в течение обоих лет.

Рис. 3.2.2.1.  Пространственные распределения Chl a (мг м-3) в апреле, мае и июне 2016, 2017 и 2018 гг.  Белые области означают ледовый покров. Черные области — отсутствие данных. Розовые линии показывают климатологическое (среднее за 1981–2010 гг.) положение кромки льда.  Рис. 3.2.2.1. Пространственные распределения Chl a (мг м-3) в апреле, мае и июне 2016, 2017 и 2018 гг. Белые области означают ледовый покров. Черные области — отсутствие данных. Розовые линии показывают климатологическое (среднее за 1981–2010 гг.) положение кромки льда.

Чистая первичная продуктивность (ЧПП)

Хотя ЧПП всего Баренцева моря показала существенную межгодовую изменчивость, в период 1998–2018 гг. отмечался ее значительный рост (рис. 3.2.3.1, p = 0,001). Средняя ЧПП для Баренцева моря в целом была гораздо ниже в 1998–2008 гг., чем в недавнее десятилетие 2009–2018 гг. (64,8 и 93,8 Тг C соответственно). Несмотря на то, что в течение периода исследования ЧПП в западных и восточных регионах Баренцева моря значительно увеличилась (p < 0,01), ее рост в северо-восточном регионе был в 5 раз больше по сравнению с юго-западным регионом.

Рис. 3.2.3.1. Годовая чистая первичная продуктивность (ЧПП, основанная на спутниковых данных) для всего Баренцева моря. Рис. 3.2.3.1. Годовая чистая первичная продуктивность (ЧПП, основанная на спутниковых данных) для всего Баренцева моря.

Logo ICES