Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря

По данным метеорологических и океанографических наблюдений на северо-западном шельфе Черного моря за 1973 − 2000 гг. рассчитаны характеристики суммарной площади с наличием гипоксии вод под пикноклином в летне-осенний период и площади поверхностных вод в мае с соленостью менее 17,5 ‰. Определены срок...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Украинский, В.В., Попов, Ю.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2009
Schriftenreihe:	Морской гидрофизический журнал
Schlagworte:	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105052
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря / В.В. Украинский, Ю.И. Попов // Морской гидрофизический журнал. — 2009. — № 3. — С. 19-29. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105052
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1050522025-02-23T18:16:24Z Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря Украинский, В.В. Попов, Ю.И. Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана По данным метеорологических и океанографических наблюдений на северо-западном шельфе Черного моря за 1973 − 2000 гг. рассчитаны характеристики суммарной площади с наличием гипоксии вод под пикноклином в летне-осенний период и площади поверхностных вод в мае с соленостью менее 17,5 ‰. Определены сроки начала весеннего прогрева воздуха (стабильное превышение температуры 5°С). Выявлен статистически значимый положительный тренд температуры воздуха (0,8°С за 100 лет) в Одессе. Потепление наблюдалось преимущественно в зимний (1,5°С за 100 лет) и весенний (0,8°С за 100 лет) периоды, причем наиболее интенсивное − с начала 90-х годов прошлого столетия. На основе корреляционного анализа определена статистически значимая связь между крупномасштабными атмосферными процессами (индекс Североатлантического колебания и режим ветра), площадью поверхностных вод с соленостью менее 17,5 ‰ и суммарной площадью гипоксии в летне-осенние периоды. При положительном среднем (за январь – март) индексе Североатлантического колебания наблюдаются преимущественно ранняя весна с повышенной повторяемостью южных и западных ветров и последующее развитие процессов гипоксии на больших площадях северо-западного шельфа. Построена эмпирическая регрессионная модель прогноза суммарной площади летне-осенней гипоксии вод с предикторами: начало срока весеннего прогрева воздуха; площадь распространения вод с соленостью менее 17,5 ‰ в мае. Максимальная ошибка прогноза площади гипоксии не превысила 5,5 тыс. км2, что составляет менее 2% площади северо-западного шельфа Черного моря (севернее 45° с.ш.). Using the data of meteorological and oceanographic observations of the Black Sea northwest shelf in 1973 – 2000, the characteristics of the total area with water hypoxia under the pycnocline in summer-autumn period and the area of the surface waters with salinity less than 17.5 ‰ in May are calculated. The terms of beginning of air heating in spring (stable temperature excess is 5°C) are defined. Statistically significant positive trend of air temperature (0.8°C for 100 years) in Odessa is revealed. Warming is observed mainly in winter (1.5°C for 100 years) and spring (0.8°C for 100 years); it was most intensive beginning from the early 90ies of the last century. Based on correlation analysis defined is the statistically significant relation between the large-scale atmospheric processes (the North Atlantic Oscillation index and the wind mode), the area of the surface waters with salinity less than 17.5 ‰ and the total area of hypoxia in summer-autumn periods. When the average (January – March) North Atlantic Oscillation index is positive, predominantly early spring with the heightened repeatability of southern and eastern winds and the subsequent development of hypoxia on large areas of the Black Sea northwest shelf are observed. The empirical regression forecast model of the total area of summer-autumn water hypoxia is constructed; it contains the following predictors: the beginning term of spring air heating, and the area of distribution of the waters with salinity less than 17.5 ‰ in May. Maximum error of the hypoxia area forecast does not exceed 5500 km2 that makes less than 2 % of the Black Sea northwest shelf to the north of 45°N. 2009 Article Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря / В.В. Украинский, Ю.И. Попов // Морской гидрофизический журнал. — 2009. — № 3. — С. 19-29. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105052 551.465 ru Морской гидрофизический журнал application/pdf Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
spellingShingle	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана Украинский, В.В. Попов, Ю.И. Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря Морской гидрофизический журнал
description	По данным метеорологических и океанографических наблюдений на северо-западном шельфе Черного моря за 1973 − 2000 гг. рассчитаны характеристики суммарной площади с наличием гипоксии вод под пикноклином в летне-осенний период и площади поверхностных вод в мае с соленостью менее 17,5 ‰. Определены сроки начала весеннего прогрева воздуха (стабильное превышение температуры 5°С). Выявлен статистически значимый положительный тренд температуры воздуха (0,8°С за 100 лет) в Одессе. Потепление наблюдалось преимущественно в зимний (1,5°С за 100 лет) и весенний (0,8°С за 100 лет) периоды, причем наиболее интенсивное − с начала 90-х годов прошлого столетия. На основе корреляционного анализа определена статистически значимая связь между крупномасштабными атмосферными процессами (индекс Североатлантического колебания и режим ветра), площадью поверхностных вод с соленостью менее 17,5 ‰ и суммарной площадью гипоксии в летне-осенние периоды. При положительном среднем (за январь – март) индексе Североатлантического колебания наблюдаются преимущественно ранняя весна с повышенной повторяемостью южных и западных ветров и последующее развитие процессов гипоксии на больших площадях северо-западного шельфа. Построена эмпирическая регрессионная модель прогноза суммарной площади летне-осенней гипоксии вод с предикторами: начало срока весеннего прогрева воздуха; площадь распространения вод с соленостью менее 17,5 ‰ в мае. Максимальная ошибка прогноза площади гипоксии не превысила 5,5 тыс. км2, что составляет менее 2% площади северо-западного шельфа Черного моря (севернее 45° с.ш.).
format	Article
author	Украинский, В.В. Попов, Ю.И.
author_facet	Украинский, В.В. Попов, Ю.И.
author_sort	Украинский, В.В.
title	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря
title_short	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря
title_full	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря
title_fullStr	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря
title_full_unstemmed	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря
title_sort	климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе черного моря
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105052
citation_txt	Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря / В.В. Украинский, Ю.И. Попов // Морской гидрофизический журнал. — 2009. — № 3. — С. 19-29. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series	Морской гидрофизический журнал
work_keys_str_mv	AT ukrainskijvv klimatičeskieigidrofizičeskieusloviârazvitiâgipoksiivodnaseverozapadnomšelʹfečernogomorâ AT popovûi klimatičeskieigidrofizičeskieusloviârazvitiâgipoksiivodnaseverozapadnomšelʹfečernogomorâ
first_indexed	2025-11-24T06:06:29Z
last_indexed	2025-11-24T06:06:29Z
_version_	1849650723601514496
fulltext	ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 19 Анализ результатов наблюдений и методы расчета гидрофизических полей океана УДК 551.465 В.В. Украинский, Ю.И. Попов Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря По данным метеорологических и океанографических наблюдений на северо-западном шельфе Черного моря за 1973 − 2000 гг. рассчитаны характеристики суммарной площади с наличием гипоксии вод под пикноклином в летне-осенний период и площади поверхностных вод в мае с соленостью менее 17,5 ‰. Определены сроки начала весеннего прогрева воздуха (стабильное превышение температуры 5°С). Выявлен статистически значимый положительный тренд температуры воздуха (0,8°С за 100 лет) в Одессе. Потепление наблюдалось преимущест- венно в зимний (1,5°С за 100 лет) и весенний (0,8°С за 100 лет) периоды, причем наиболее интенсивное − с начала 90-х годов прошлого столетия. На основе корреляционного анализа определена статистически значимая связь между крупномасштабными атмосферными процес- сами (индекс Североатлантического колебания и режим ветра), площадью поверхностных вод с соленостью менее 17,5 ‰ и суммарной площадью гипоксии в летне-осенние периоды. При положительном среднем (за январь – март) индексе Североатлантического колебания наблю- даются преимущественно ранняя весна с повышенной повторяемостью южных и западных ветров и последующее развитие процессов гипоксии на больших площадях северо-западного шельфа. Построена эмпирическая регрессионная модель прогноза суммарной площади летне- осенней гипоксии вод с предикторами: начало срока весеннего прогрева воздуха; площадь распространения вод с соленостью менее 17,5 ‰ в мае. Максимальная ошибка прогноза пло- щади гипоксии не превысила 5,5 тыс. км2, что составляет менее 2% площади северо-западного шельфа Черного моря (севернее 45° с.ш.). Введение. Гипоксия в морских водах возникает в результате потребления кислорода на процессы окисления содержащихся в воде веществ в условиях отсутствующего или ограниченного поступления кислорода из внешних ис- точников. Известно [1, 2], что наиболее интенсивное потребление кислорода происходит при окислении органического вещества, и в первую очередь его легкоокисляемых форм (фитопланктона). Слабоокисляемое органическое ве- щество в процессе седиментации депонируется в донных осадках и дальней- шее его разложение протекает преимущественно в условиях восстановитель- ных процессов. Условия газового режима вод глубинного слоя в летне-осенний период в основном связаны с двумя главными характеристиками: интенсивностью вер- тикального и горизонтального обмена вод и содержащегося в них кислорода; условиями, определяющими интенсивность развития, отмирания и окисления фитопланктона. В связи с этим выделяются и два фактора – природный (климатический)  В.В. Украинский, Ю.И. Попов, 2009 ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 20 и антропогенный. Климатические изменения влияют как на процессы верти- кального и горизонтального обмена вод, так и на процессы фотосинтеза фи- топланктона. Антропогенный фактор, связанный с повышенным поступлени- ем в воду питательных минеральных и органических веществ, приводит к эвтрофикации вод и увеличению продуктивности, в первую очередь низших форм фитопланктона. Гипоксия придонных вод на северо-западом шельфе (СЗШ) Черного моря в теплый период года стала регулярно отмечаться начиная с 70-х годов про- шлого столетия. Несомненно, что к этому периоду антропогенная нагрузка, связанная с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства, достигла критического уровня. Однако интенсификация процессов, приводя- щих к условиям гипоксии, несмотря на стабильное повышение нагрузки в 70 – 80-е годы, имеет периодический характер с циклами около 3 – 5 лет [3, 4]. Такая периодичность наблюдается и в колебаниях климата. Отмечав- шаяся в 90-х годах прошлого столетия тенденция к ослаблению гипоксии и локализации районов с наличием придонной гипоксии вод в теплый период года объяснялась снижением темпов промышленного и сельскохозяйственно- го производства стран, расположенных в водосборном бассейне СЗШ [3, 5]. Однако, несмотря на стабилизацию и снижение биогенной нагрузки, данный процесс продолжает регулярно повторяться. Так, площади шельфа с наличи- ем придонной гипоксии вод в 1999 и 2000 гг. достигали не менее 36 – 37 % площади СЗШ (районы шельфа севернее 45°с.ш.). Целью работы является оценка влияния климатических и гидрофизиче- ских факторов на развитие и распространение глубинной гипоксии вод на СЗШ Черного моря в летне-осенний период. Характеристика использованного материала. В работе использова- лись данные натурных океанографических наблюдений на СЗШ за темпера- турой, соленостью и растворенным в воде кислородом в период с мая по ок- тябрь 1973 – 2000 гг. Основной массив составляют данные наблюдений ЮгНИРО (Южный научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии) и УкрНЦЭМ (Украинский научный центр экологии моря). Ко- личество выполненных съемок и океанографических станций в мае – октябре за указанный период лет представлено в табл. 1. Т а б л и ц а 1 Количество океанографических наблюдений в мае – октябре Год Количество съемок Количество станций Год Количество съемок Количество станций 1973 5 124 1987 5 163 1974 4 91 1988 6 194 1975 2 27 1989 11 443 1976 4 117 1990 6 269 1977 1 18 1991 7 450 1978 2 36 1992 5 249 1979 2 48 1993 7 217 1980 1 50 1994 6 219 1981 3 110 1995 12 517 1982 2 36 1996 6 329 1983 2 36 1997 – – 1984 4 208 1998 7 171 1985 2 52 1999 16 344 1986 6 246 2000 6 133 П р и м е ч а н и е: «–»  наблюдения не проводились. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 21 Для анализа климатических изменений использовались данные метеоро- логических наблюдений на гидрометеостанциях Одесса-порт (1981 – 2000 гг.), Одесса-обсерватория (1895 – 2005 гг.) и взятые из Интернета значе- ния индексов Североатлантического колебания (САК). Результаты и их анализ. Большинство исследователей [6 – 8] интенсив- ность распространения придонной гипоксии вод на СЗШ напрямую связыва- ли со стоком рек. По данным за 1973 – 1985 гг. между величинами стока Ду- ная и площадями областей гипоксии, наблюдавшихся в его приустьевой зоне, был рассчитан коэффициент корреляции, равный 0,65 [6]. Полученные позже (с учетом значительно большего объема данных за 1973 – 2000 гг.) оценки корреляционных связей между суммарными стоками рек, сроками наступле- ния их максимальных значений, с одной стороны, и площадями гипоксии на СЗШ, с другой, не выявили наличия существенной зависимости. Коэффици- енты корреляции не превышали величины 0,15. Все это указывает на то, что на развитие данного процесса значительное влияние оказывают и другие факторы, в основном связанные с межгодовой изменчивостью условий в при- водной атмосфере. Следует отметить, что процессы придонной гипоксии наблюдаются на общем фоне потепления климата на СЗШ. Так, в июле 1999 г. температура воды поверхностного слоя на большом пространстве СЗШ превышала 26°С, а в центральной и северной областях достигала максимального значения за весь период наблюдений (29 – 29,3°С). На рис. 1 представлена межгодовая изменчивость аномалий температуры воздуха в Одессе в прошлом столетии. Явно прослеживаются как колебания с периодом 3 – 5 лет, так и тренд, обу- словленный повышенной повторяемостью положительных аномалий темпе- ратуры воздуха (особенно с начала 90-х годов). Статистическая достовер- ность углового коэффициента линейного тренда (0,008) оценивалась с помо- щью F-критерия Фишера. Рассчитанное значение Fр существенно превышает критическое при 99%-ном уровне значимости (Fр = 11,5; Fкр = 6,90). В ре- зультате можно констатировать, что средняя годовая температура воздуха в Одессе за 100 лет повысилась на 0,8°С. Статистически значимый положи- тельный тренд температуры воздуха наблюдается в зимний (1,5°С за 100 лет) и весенний (0,8°С за 100 лет) периоды года. Аналогичные тенденции отме- чаются и в многолетней изменчивости температуры воды [9]. Р и с. 1. Межгодовая изменчивость аномалий температуры воздуха в Одессе (прямая линия – линейный тренд аномалий температуры воздуха) ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 22 Зимнее цветение фитопланктона, в связи с изменением температурного режима вод, является новым элементом годового хода его биомассы. Такие изменения отмечаются с начала 90-х годов прошлого столетия и наблюдают- ся в настоящее время по данным как спутниковых, так и прямых определений [10, 11]. Смещение начала весеннего прогрева вод и начала паводкового сто- ка рек на более ранние сроки приводит к раннему формированию сезонного пикноклина и ослаблению вертикального обмена вод. Соответственно уменьшается и поток кислорода в придонные слои. Режим температуры воды также влияет на сроки начала весеннего цветения фитопланктона. Так, по данным регулярных наблюдений УкрНЦЭМ на разрезе п.Одесса – о.Змеиный в аномально теплый относительно нормы весенний период 2000 г. насыщен- ность вод кислородом под пикноклином в районе Белгород-Днестровской банки уже в мае не превышала 40 %. В начале второй декады июня наблюда- лись условия гипоксии, а осенью под пикноклином отмечалось наличие серо- водорода [12]. Распределение относительного содержания кислорода на раз- резе по 31°в.д. в первой декаде сентября 2000 г. представлено на рис. 2. Пло- щадь распространения глубинной гипоксии вод в 2000 г. составляла более 37 % площади СЗШ. Р и с. 2. Распределение относительного содержания растворенного кислорода (%) на разрезе по 31° в.д. (черным цветом выделен промежуточно-глубинный слой вод с наличием гипоксии, насыщенность вод кислородом менее 30 %) [12] ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 23 Присутствие колебаний в климате с периодами 3 – 5 лет и аналогичных периодов в изменчивости кислорода придонных вод указывает на возможное наличие связи между отмеченными процессами. Данные о величинах площадей СЗШ, на которых отмечались условия ги- поксии глубинных вод в 1973 – 2000 гг. [3] (пропуски в наблюдениях допол- нены данными из работы [6]), позволили получить оценки корреляционной связи этой характеристики с флуктуациями средней месячной температуры воздуха в Одессе. Коэффициенты корреляции между площадями распространения гипок- сии и температурой воздуха для весеннего периода (февраль − май) находи- лись на уровне -0,3 … -0,5, с максимумом в марте. Наиболее высокий коэф- фициент корреляции (-0,65) соответствовал порядковому номеру суток от начала года, когда средняя месячная температура воздуха начинает стабильно превышать величину 5°С. Температура поверхностного слоя воды в этот пе- риод повышается до 3 – 5°С. Данный интервал температур характеризуется высокими удельными скоростями фотосинтеза и соответственно ростом био- массы фитопланктона [13]. За рассматриваемые годы наиболее раннее начало весеннего периода наблюдалось 19 февраля 1990 г., а наиболее позднее – 12 апреля 1987 г. Очевидно, что такие флуктуации обусловлены крупномасштабной из- менчивостью циркуляции атмосферы в Атлантико-Европейском регионе и соответственно изменчивостью циклонической деятельности над акваторией СЗШ. Влияние Североатлантического колебания на климат Евразии было подробно рассмотрено в работах [14, 15]. По данным за 1973 – 2000 гг. коэф- фициент корреляции между средним (январь – март) индексом САК и поряд- ковым номером суток с температурой 5°С составляет -0,71. Проведенные корреляционные оценки по данным более длительного ряда наблюдений (1950 – 2000 гг.) подтвердили наличие устойчивой отрицательной связи (ко- эффициент корреляции -0,72). При положительном индексе САК (IСАК) в рай- оне СЗШ отмечаются ранний весенний прогрев воздуха, поверхностного слоя воды и соответственно раннее формирование термоклина и весеннего макси- мума биомассы фитопланктона. При отрицательном индексе САК начало ве- сенних процессов смещается на более поздние сроки. В работе [15] было по- казано, что при положительной фазе САК в Европейском секторе формиру- ются положительные аномалии температуры. Это обусловлено интенсифика- цией зональной циркуляции и усиленным выносом теплых атлантических воздушных масс на Европу и в Черноморский регион. Наряду с климатической изменчивостью температурного режима, боль- шое влияние на изменчивость гидрофизической и биохимической структуры вод СЗШ оказывает режим ветра. В результате ветрового воздействия фор- мируются условия вертикального и горизонтального обмена вод, в частности распространение и трансформация вод пресного стока. При больших площа- дях распространения трансформированных речных вод с высокими концен- трациями биогенных веществ на значительном пространстве СЗШ создаются благоприятные условия для интенсивного развития фитопланктона. Для оценки зависимости между площадью распространения трансфор- мированных речных вод и площадью СЗШ, на которой в летне-осенний пе- ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 24 риод под пикноклином отмечается гипоксия вод, были отобраны значения солености поверхностного слоя воды в мае за 1973 – 2000 гг. По данным вы- борок для каждого года были построены поля распределения солености и рассчитаны площади СЗШ с поверхностной соленостью менее 17,5 ‰. Изо- халина 17,5 ‰ характеризует положение зоны раздела шельфовой (мелко- водной) водной массы и поверхностной водной массы открытого моря [16 – 18]. Как отмечалось ранее [4], объем шельфовой водной массы в совокупно- сти с ареалом ее пространственного распространения являются индикаторами степени антропогенной нагрузки на водоем. Результаты расчета площадей с соленостью вод менее 17,5 ‰ (S<17,5 ) и порядкового номера суток с усред- ненной температурой воздуха 5 о С (Dt5)представлены в табл. 2. Т а б л и ц а 2 Площади СЗШ с наличием гипоксии вод (Sгип), площади в мае с поверхностной соленостью вод < 17,5 ‰ (S<17,5 ) и порядковые номера суток с переходом средней месячной весенней температуры воздуха через значение 5°С (Dt5) Год Sгип S <17,5 D t5 тыс. км2 % СЗШ тыс. км2 сутки 1973 4,5 * 12,1 19,2 85 1974 5,4 14,5 27,1 90 1975 3,7 * 9,9 21,4 78 1976 6,3 16,9 29,3 89 1977 0,0 * 0,0 12,2 83 1978 14,5 38,9 28,9 79 1979 8,5 22,8 22,1 81 1980 5,4 * 14,5 13,8 94 1981 7,5 20,1 18,3 82 1982 1,5 4,0 19,4 88 1983 19,5 52,3 33,9 79 1984 6,5 17,5 25,5 87 1985 1,4 3,8 17,9 94 1986 3,5 9,4 15,6 85 1987 4,0 10,7 19,9 102 1988 9,5 25,5 20,3 83 1989 14,0 37,6 28,5 57 1990 16,0 42,9 30,2 50 1991 1,0 2,7 16,8 86 1992 4,5 12,1 18,7 80 1993 4,2 11,3 19,8 91 1994 9,5 25,5 21,8 78 1995 6,2 16,6 20,8 78 1996 2,0 5,4 17,0 93 1997 – – – 87 1998 2,8 7,5 18,3 81 1999 13,6 36,5 31,7 75 2000 14,0 37,6 – 77 П р и м е ч а н и е: «–»  наблюдения не проводились; * – значения Sгип по данным работы [6]. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 25 Коэффициент корреляции между Sгип и S<17,5 составил 0,83 при 95 % -ной доверительной границе 0,38. Полученный статистически значимый коэффи- циент корреляции подтверждает наличие прямой зависимости суммарной за сезон площади шельфа с гипоксией вод от площади весеннего распростране- ния трансформированных речных вод. На рис. 3 представлены поля солености в мае для лет с наличием боль- ших (1983, 1990 гг.) и малых (1986, 1996 гг.) площадей с гипоксией вод. Р и с. 3. Распространение в мае шельфовых вод на СЗШ в годы с большими (а, в) и малыми (б, г) площадями гипоксии (цифры на кривых – значения солености, ‰; жирной линией пока- зано положение изохалины 17,5 ‰) В годы с неблагоприятным экологическим состоянием трансформиро- ванные речные воды уже в мае охватывают значительную часть СЗШ, вклю- чая Каркинитский залив. В благоприятные годы трансформированные реч- ные воды наблюдаются лишь у западного побережья СЗШ. Анализ ветрового режима по данным гидрометеорологической станции Одесса-порт за 1981 – 2000 гг. показал, что условия максимального распро- странения трансформированных речных вод возникают при наибольшей по- вторяемости в весенний период (март – май) южных и западных ветров. Так, в годы максимального распространения трансформированных речных вод на СЗШ (1983 и 1990 гг.) повторяемость ветров южного и западного направле- ний в весенний период составляла соответственно 66 и 63 %. Минимум по- вторяемости этих ветров (41 – 43 %) и соответственно минимальные площади поверхностных вод с соленостью менее 17,5 ‰ наблюдались в 1985, 1986, 1991,1996 гг. На рис. 4 представлены прогрессивно-векторные диаграммы приземного ветра для лет с большими (1983, 1990 гг.) и малыми (1986, 1996 гг.) площадями распространения гипоксии вод. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 26 Р и с. 4. Прогрессивно-векторные диаграммы ветра по данным гидрометеорологической стан- ции Одесса-порт в годы с большими (а, в) и малыми (б, г) площадями гипоксии (сплошной линией представлен суммарный вектор за март – май, пунктирной линией – суммарный вектор за год; ∑U и ∑V – суммы зональных и меридиональных составляющих срочных векторов вет- ра соответственно) Очевидно, что южные ветры в период весеннего половодья «запирают» речные воды в области шельфа, а западные ветры обусловливают их распро- странение к востоку. Периодическое воздействие ветров указанных направ- лений создает условия для накопления и перераспределения трансформиро- ванных речных вод на СЗШ. Занимая поверхностный фотический слой тол- щиной 5 – 15 м, воды с повышенной концентрацией биогенных веществ в течение длительного периода времени создают благоприятные условия для развития фитопланктона. При повышенной повторяемости ветров восточных направлений речные воды прижимаются к западному побережью и интенсифицируется их перенос к югу. При этом площадь их распространения на СЗШ минимальна, а в вос- точные районы активно поступают с юга воды открытого моря (рис. 3, б, г). Матрица коэффициентов взаимной корреляции между индексами САК (январь – март), суммарной повторяемостью южных и западных ветров Rw (март – май), порядковым номером суток, соответствующих началу стабиль- ного превышения средней температуры воздуха 5°С, площадью распростра- нения трансформированных речных вод (май) и суммарной площадью с на- личием гипоксии вод представлена в табл. 3. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 27 Т а б л и ц а 3 Матрица коэффициентов взаимной корреляции IСАК, Rw, Dt5, S<17,5, Sгип Характеристика IСАК Rw Dt5 S<17,5 Sгип IСАК 1 0,73 –0,82 0,55 0,61 Rw 0,73 1 –0,69 0,67 0,81 Dt5 –0,82 –0,69 1 –0,62 –0,71 S<17,5 0,55 0,67 –0,62 1 0,91 Sгип 0,61 0,81 –0,71 0,91 1 Следует отметить, что коэффициенты корреляции получены по данным более короткого ряда (1981 – 1999 гг.). Однако все они превышают 95 % -ную доверительную границу 0,44 и в целом подтверждают наличие зависимости площади распространения гипоксии вод на СЗШ от условий крупномасштаб- ной циркуляции атмосферы. При положительном среднем (за январь – март) индексе САК наблюдается преимущественно ранняя весна с повышенной по- вторяемостью южных и западных ветров в весенний период. При этом трансформированные речные воды с высоким содержанием биогенных ве- ществ занимают большую площадь СЗШ. Это приводит к формированию в летне-осенний период под пикноклином обширных зон с гипоксией вод. На основе проведенного корреляционного анализа была построена эмпи- рическая регрессионная модель прогноза суммарной площади гипоксии вод, наблюдающейся в летне-осенний период. В качестве предикторов использо- вались площади вод на СЗШ в мае с соленостью менее 17,5 ‰ и порядковые номера суток от начала года с переходом средней месячной температуры воз- духа через значение 5°С в Одессе: Sгип = 5,73 + 0,6 S<17,5 – 0,15 Dt5. Максимальная ошибка регрессионной модели составила 5,5 тыс. км 2 в 1983 г., а стандартная ошибка – 2,4 тыс. км 2 . По этой формуле с учетом дан- ных за весенний период (S<17,5 и Dt5) прогнозируется суммарная площадь Sгип на СЗШ к концу годового цикла. Результаты представлены на рис. 5. Р и с. 5. Межгодовая изменчивость площадей СЗШ, где отмечалась глубинная гипоксия вод: 1 – по натурным данным; 2 – рассчитанная по модели ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 28 Любая эмпирическая модель требует проверки по данным независимого ряда наблюдений. Однако весенне-осенние океанографические съемки на СЗШ в последующие 2001 – 2007 гг. не выполнялись. В целом, учитывая погрешно- сти определения площадей S<17,5 и Sгип, полученная эмпирическая зависимость достаточно хорошо описывает межгодовые изменения исследуемого процесса. Заключение. Результаты выполненного анализа показывают, что, наряду с эвтрофикацией, значительное влияние на формирование площадей с гипок- сией глубинных вод СЗШ оказывает крупномасштабная изменчивость цирку- ляции атмосферы. При положительном среднем (за январь – март) индексе САК наблюдает- ся ранняя весна с повышенной повторяемостью южных и западных ветров. Это приводит к интенсивному распространению трансформированных реч- ных вод паводкового стока с высоким содержанием биогенных веществ на большие площади СЗШ. Такие условия способствуют формированию в лет- не-осенний период под пикноклином обширных зон с гипоксией вод. При отрицательном среднем индексе САК отмечается поздняя весна с повышенной повторяемостью северо-восточных и восточных ветров, в ре- зультате чего трансформированные воды речного стока занимают только уз- кую западную часть СЗШ и распространяются к югу вдоль побережья. Зоны с гипоксией глубинных вод наблюдаются при этом на малых площадях. Приведенная в работе эмпирическая регрессионная модель позволяет по площади, занимаемой шельфовой водной массой в мае, и сроку начала весен- него прогрева дать прогноз суммарной площади гипоксии глубинных вод СЗШ к концу летне-осеннего периода. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Mearns A.I. Seminary report of the panel on the effects of nutrients and carbon loadings on communities and ecosystems // Glob. Mar. Poll. Bibliogr. – 1982. – Abstract № 993. – P.199. 2. Segar D.A., Berberian G.A. Oxygen depletion in the New York Bight Apex: causes and conse- quences // Glob. Mar. Poll. Bibliogr. – 1982. – Abstract № 1330. – P.266. 3. Орлова И.Г., Белевич Р.Р., Попов Ю.И. и др. Динамика гипоксийных процессов в придон- ных водах северо-западного шельфа Черного моря // Океанология. – 1999. – 39. № 4. – С. 548 – 554. 4. Селин П.Ю. Гидрохимические особенности гипоксийно-аноксийных зон на северо- западном шельфе Черного моря // Депон. рукопись № 298-В88. – М.: ВИНИТИ, 1987. – 34 с. 5. Зайцев Ю.П. Самое синее в мире // Черноморская экологическая программа ГЭФ. – Нью- Йорк: Изд-во ООН, 1998. – 142 с. 6. Берлинский Н.А., Дыханов Ю.М. К вопросу о формировании придонной гипоксии в севе- ро-западной части Черного моря // Экология моря. – Киев: Наук. думка. – 1991. – №38. – С. 11 – 15. 7. Практическая экология морских регионов. Черное море // Под ред. В.П.Кеонджяна, А.М. Кудина, Ю.В.Терехина. – Киев: Наук. думка, 1990. – 252 c. 8. Селин П.Ю., Михайлов Н.Н., Волков Н.В. Изменчивость гидрохимического режима вод северо-западного шельфа Черного моря // Экология прибрежной зоны Черного моря. – М.: ВНИРО, 1992. – С. 59 – 100. 9. Андриановна О.Р., Белевич Р.Р., Скипа М.И. Об особенностях изменчивости климатиче- ских характеристик Одессы в ХХ столетии // Морской гидрофизический журнал. – 2005. – №4. – С.19 – 29. ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2009, № 3 29 10. Огуз Т., Дорофеев В.Л., Коротаев Г.К. Моделирование экосистемы Черного моря // Там же. – 2007. – №1. – С.59 – 72. 11. Oguz T., Ducklow H.W., Purcell J.E. et al. Modeling of the response of top-down control exerted by gelatinous carnivores on the Black Sea pelagic food web // J. Geophys. Res. – 2001. – 106, № C3. – Р.4543 – 4564. 12. Попов Ю.И., Орлова И.Г., Стунжас П.А., Украинский В.В. Результаты исследования ме- ханизма образования гипоксии на северо-западном шельфе Черного моря с помощью без- мембранного кислородного датчика // Системы контроля окружающей среды. – Севасто- поль: МГИ НАН Украины, 2002. – С.96 – 101. 13. Виноградова Л.А., Васильева В.Н., Дерезюк Н.В и др. Экологическая модель функциони- рования морского пелагического биоценоза // Тр. ГОИН. – Bып. 182. – С.134 – 164. 14. Полонский А.Б., Башарин Д.В., Воскресенская Е.Н., Ворли С. Североатлантическое коле- бание: описание, механизмы и влияние на климат Евразии // Морской гидрофизический журнал. – 2004. – №2. – С.42 – 59. 15. Воскресенская Е.Н. Глобальные процессы в системе океан – атмосфера и их влияние на природные аномалии Атлантико-Европейского региона // Дис. … д-ра геогр. наук. – Сева- стополь, 2005. – 361 с. 16. Гертман И.Ф. Статистический термохалинный анализ вод Черного моря в сезонном раз- витии // Тр. ГОИН. – 1987. – Вып. 180. – С.45 – 58. 17. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т IV. Черное море. Вып. 1. – СПб.: Гид- рометеоиздат, 1991. – 429 с. 18. Украинский В.В., Попов Ю.И. Районирование вод северо-западной части Черного моря по термохалинным показателям // Екологічні проблеми Чорного моря / Одеса: ОЦНТІ, 2003. – С. 374 – 377. Украинский научный центр экологии моря Материал поступил Министерства охраны окружающей природной среды Украины, в редакцию 16.01.08 Одесса После доработки 26.05.08 ABSTRACT Using the data of meteorological and oceanographic observations of the Black Sea northwest shelf in 1973 – 2000, the characteristics of the total area with water hypoxia under the pycnocline in summer-autumn period and the area of the surface waters with salinity less than 17.5 ‰ in May are calculated. The terms of beginning of air heating in spring (stable temperature excess is 5°C) are defined. Statistically significant positive trend of air temperature (0.8°C for 100 years) in Odessa is revealed. Warming is observed mainly in winter (1.5°C for 100 years) and spring (0.8°C for 100 years); it was most intensive beginning from the early 90ies of the last century. Based on correla- tion analysis defined is the statistically significant relation between the large-scale atmospheric pro- cesses (the North Atlantic Oscillation index and the wind mode), the area of the surface waters with salinity less than 17.5 ‰ and the total area of hypoxia in summer-autumn periods. When the average (January – March) North Atlantic Oscillation index is positive, predominantly early spring with the heightened repeatability of southern and eastern winds and the subsequent development of hypoxia on large areas of the Black Sea northwest shelf are observed. The empirical regression forecast model of the total area of summer-autumn water hypoxia is constructed; it contains the following predictors: the beginning term of spring air heating, and the area of distribution of the waters with salinity less than 17.5 ‰ in May. Maximum error of the hypoxia area forecast does not exceed 5500 km2 that makes less than 2 % of the Black Sea northwest shelf to the north of 45°N.

Климатические и гидрофизические условия развития гипоксии вод на северо-западном шельфе Черного моря

Institution

Ähnliche Einträge