динамика концентрации фитопланктона каспийского моря по

ЭКОЛОГИЯ
УДК 581.526.325.3(262.81):[551.46.07:629.783]
Д. В. Белотелова
ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ ФИТОПЛАНКТОНА КАСПИЙСКОГО МОРЯ
ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВ SEAWIFS, MODIS
Для биологических исследований морей одним из наиболее существенных показателей является распределение биомассы фитопланктона, поскольку первичная продуктивность фитопланктона
является неотъемлемой составной частью пищевой цепи. Любые изменения в темпах развития фитопланктонных сообществ влияют на процессы жизнедеятельности в морской экосистеме в целом [1].
Как правило, для экологического мониторинга морей и прибрежных зон недостаточно натурных экспериментов (измерений, проб воды и. т. п.), т. к., независимо от количества проведенных анализов, они не дают цельной пространственно-временной характеристики распределения плотности биомассы фитопланктона в акватории. Наиболее удобно использовать данные,
полученные с помощью спутникового наблюдения. В настоящее время широко применяются
спутниковые спектральные сканеры цвéта воды. Около 10 спутников, работая одновременно,
дополняют информацию друг друга, позволяя представить целостную картину [2].
Целью работы являлась оценка эффективности спутникового зондирования при исследованиях динамики численности и биомассы фитопланктона.
Основными факторами, определяющими цвет морской воды, являются фитопланктон,
неорганическая суспензия и разведенный органический материал. Как известно, хлорофилл, основной пигмент фитопланктона, поглощает значительно больше синего и красного цвета,
чем зеленого. Цвет поверхности моря определяется спектром рассеянного солнечного света
и смещается от темно-синего к зеленому по мере роста концентрации фитопланктона [3].
На использовании данной закономерности и строилась методика измерений, проводившихся
при помощи спутниковой аппаратуры.
Данные относительно концентрации фитопланктона были получены с помощью методик пассивных оптических измерений. Значения концентраций фитопланктона на всей акватории определялись с помощью сканеров цвета морской воды [4]. Данные по спектрально-диффузному отражению солнечного света от поверхности моря, получаемые с 1997 г. по настоящее время со спутников
SeaWiFS и Modis, позволяют достоверно оценить динамику фитопланктона в Каспийском море.
В результате компьютерной обработки данных были получены диаграммы распределения фитопланктона по акватории Каспийского моря. Некоторые из них – за август 2003 г. и август 2007 г. –
представлены на рис. 1.
Рис. 1. Распределение концентрации фитопланктона на акватории Каспийского моря:
цвет – концентрация фотопланктона (мг/м3) (данные SeaWiFS);
контур – концентрация фитопланктона (мг/м3) (данные Modis)
135
ISSN 1812-9498. ВЕСТНИК АГТУ. 2008. № 3 (44)
Сравнивая данные диаграмм, прежде всего можно отметить общее увеличение концентрации фитопланктона в 2007 г. Так, площадь зон с концентрацией 0,7–1 мг/м3 в сравнении
в 2003 г. уменьшилась более чем в 5 раз, причем из трех крупных областей с данным удельным
содержанием фитопланктона осталась лишь одна. Значительно увеличилась в южной и северной
областях и до этого преобладавшая количественно площадь с содержанием фитопланктона
1–2,5 мг/м3. С другой стороны, площадь зон с более высокими концентрациями фитопланктона
сильно уменьшилась и в настоящее время является значительной лишь севернее 45 º с. ш.
Однако полученные данные позволяют не только оценить распределение фитопланктона
и его количество в какой-либо определенный момент времени, но и построить диаграммы динамики фитопланктона как на отдельном участке моря, так и на всей акватории в целом (рис. 2).
Рис. 2. Динамика концентрации хлорофилла, входящего в состав фитопланктона,
на акватории Каспийского моря в 1998–2007 гг.
Диаграмма на рис. 2 вполне четко показывает явную зависимость концентрации фитопланктона в воде от географической широты вне зависимости от периода наблюдений. Для
большей части рассматриваемого временного промежутка будет справедливо выделить на акватории 2 условные зоны – с концентрацией фитопланктона ниже и выше 2,5 мг/м3, причем граница зон в районе 43° с. ш. достаточно четкая. Однако необходимо отметить, что на диаграмме
присутствует ряд всплесков исследуемого показателя, что вносит некоторые искажения в описанную картину. В северной части акватории периодическое возрастание концентрации фитопланктона до 10–30 мг/м3, по всей видимости, носит сезонный характер. С 1999 г. по 2004 г.
наблюдалось неуклонное и значительное сокращение площади, охватываемой такими всплесками концентрации, так что зона сезонного пика в 2004 г. составляла не более 40 % от таковой
в 1999 г. В то же время за последние 2 года сезонное возрастание концентраций достаточно резко вновь приняло размеры десятилетней давности. Говоря же о динамике концентрации фитопланктона в более низких широтах акватории, прежде всего нужно отметить небольшие, но достаточно четко выраженные снижения исследуемого показателя в 1998 и 1999 гг. в южной
и (в меньшей степени) средней частях акватории, а также в 2003 г. в районе 42–43° с. ш.
Подобное может быть объяснено локальным действием каких-либо неблагоприятных факторов
в рассматриваемый период времени. С другой стороны, с 2001 г. по 2003 г. наблюдаются увеличивающиеся по площади и продолжительности сезонные пики концентрации. Эти и более поздние всплески значений показателя практически совпадают с пиками концентрации в северной
части акватории, но отличаются меньшими достигаемыми абсолютными значениями (концентрации не превышают 10 мг/м3) и большей временной амплитудой.
Принимая во внимание сезонные колебания, можно увидеть, что с середины 2000 г.
по конец 2003 г. наблюдалось ощутимое увеличение популяции фитопланктона. Однако с конца
2003 г. по середину 2005 г. численность фитопланктона уменьшалась, что негативно влияло
на стояние кормовой базы рыб [5].
136
ЭКОЛОГИЯ
Вышеописанные исследования вносят значительный вклад в понимание процессов, проходящих в Каспийском море. В перспективе возможно будет строить прогностические модели
для оценки изменений запасов биологических ресурсов (прежде всего промысловых рыб) как для
отдельных территорий, так и для всего Каспия в целом. Становится возможной также точная количественная оценка влияния экологических, антропогенных и других факторов на продуктивность кормовой базы на протяжении длительного времени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Некоторые результаты сравнения концентраций хлорофилла А, полученных при дистанционном
зондировании цвета моря с использованием различных двухполосных алгоритмов / О. А. Букин,
А. Н. Павлов, М. С. Пермяков и др. // Оптика атмосферы и океана. – 1999. – Т. 12, № 8. – С. 313–320.
Поздняков Д. В., Коросов А. А., Петтерссон Л. Х., Ионов В. В. Новый операционный алгоритм восстановления параметров качества природных вод по данным спутникового зондирования // Исследования Земли из космоса. – 2005. – № 4. – С. 17–29.
Statistical features of space distribution of chlorophyll A in the South Pacific using SeaWiFS data and shipborne laser fluorometer measurements / O. A. Bukin, M. S. Permyakov, A. Yu. Major et al. // Proceedings
SPIE. #4154-25. – 2001. – P. 188–192.
Использование пассивно-активных методик зондирования для измерения структурных особенностей
распределения биооптических характеристик в верхнем слое океана / О. А. Букин, М. С. Пермяков,
А. Ю. Майор и др. // Оптика атмосферы и океана. – 2000. – Т. 13, № 9. – C. 847–851.
Изучение сезонной и пространственной изменчивости некоторых экопараметров в Ладожском озере
по спутниковым данным / А. А. Коросов, Д. В. Поздняков, Н. Н. Филатов и др. // Исследования Земли из космоса. – 2005. – № 5. – С. 76–85.
Статья поступила в редакцию 25.03.2008
THE DYNAMICS OF PHYTOPLANKTON CONCENTRATION
IN THE CASPIAN SEA ON THE BASIS OF THE DATA OBTAINED
FROM THE SATELLITES SEAWIFS, MODIS
D. V. Belotelova
In this article the experience of the application of the technologies of the
satellite sounding in the hydroecological investigations, particularly in researching of the dynamics of the phytoplankton’s biomass in the Caspian Sea, is studied. The detailed analysis of the satellite’s data which allows not only monitoring
but also (in future) forecasting the changes of the phytoplankton concentration
is conducted. So, this research creates the necessary prerequisites for the prediction of the condition of the Caspian ecosystem in the whole. The results of this
investigation also permit to form accurate ideas of the late quantitative changes
on the first trophic level of researching ecosystem. Applied significance of the
obtained results is in the capability of its using in future for the forecasting of the
dynamics of fish resources of the Caspian Sea.
Key words: satellite sounding, phytoplankton, trophic level, biomass,
the Caspian Sea.
137