Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса
За результатами аналiзу даних супутникових спостережень Азовського моря встановлено наявнiсть стiйкого сезонного ходу концентрацiї хлорофiлу “а”. У перiод 1998–2009 рр. вiдбувалось систематичне збiльшення цього параметра, яке найвиразнiше виражене в пiвнiчно-схiднiй частинi моря i в Таганрозькiй зат...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37249 |
| 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: | Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса / С.П. Любарцева, В.С. Суетин, С.Н. Королев // Доп. НАН України. — 2011. — № 3. — С. 124-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-37249 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-372492025-02-23T20:13:53Z Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса Estimation of changes in the Azov Sea ecological state on the basis of satellite remote sensing data Любарцева, С.П. Суетин, В.С. Королев, С.Н. Науки про Землю За результатами аналiзу даних супутникових спостережень Азовського моря встановлено наявнiсть стiйкого сезонного ходу концентрацiї хлорофiлу “а”. У перiод 1998–2009 рр. вiдбувалось систематичне збiльшення цього параметра, яке найвиразнiше виражене в пiвнiчно-схiднiй частинi моря i в Таганрозькiй затоцi. Передбачається, що лiтнiй максимум концентрацiї хлорофiлу “а” вiдповiдає iнтенсивному цвiтiнню цiанобактерiй, а виявлений мiжрiчний тренд може бути зумовлений прямим вiдгуком екосистеми моря на зростання вмiсту CO2 в атмосферi. Stable annual variability of the chlorophyll “a” concentration in the Azov Sea has been found by the analysis of satellite remote sensing data. Steady increase in this parameter has taken place for 1998–2009 years, which is strongly pronounced in the northwestern part of the sea and the Taganrog bay. The summer chlorophyll ‘a’ concentration peak is supposed to correspond to the intensive bloom of cyanobacteria. The obtained interannual trend might be caused by the direct ecosystem’s response to CO2 rising in the atmosphere. Авторы выражают признательность NASA, обеспечивающему работу приборов SeaWiFS, MODIS и архива спутниковых измерений. 2011 Article Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса / С.П. Любарцева, В.С. Суетин, С.Н. Королев // Доп. НАН України. — 2011. — № 3. — С. 124-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37249 [551.46.08]+[550.47] ru Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Науки про Землю Науки про Землю |
| spellingShingle |
Науки про Землю Науки про Землю Любарцева, С.П. Суетин, В.С. Королев, С.Н. Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса Доповіді НАН України |
| description |
За результатами аналiзу даних супутникових спостережень Азовського моря встановлено наявнiсть стiйкого сезонного ходу концентрацiї хлорофiлу “а”. У перiод 1998–2009 рр. вiдбувалось систематичне збiльшення цього параметра, яке найвиразнiше виражене в пiвнiчно-схiднiй частинi моря i в Таганрозькiй затоцi. Передбачається, що лiтнiй максимум концентрацiї хлорофiлу “а” вiдповiдає iнтенсивному цвiтiнню цiанобактерiй, а виявлений мiжрiчний тренд може бути зумовлений прямим вiдгуком екосистеми моря на зростання вмiсту CO2 в атмосферi. |
| format |
Article |
| author |
Любарцева, С.П. Суетин, В.С. Королев, С.Н. |
| author_facet |
Любарцева, С.П. Суетин, В.С. Королев, С.Н. |
| author_sort |
Любарцева, С.П. |
| title |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| title_short |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| title_full |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| title_fullStr |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| title_full_unstemmed |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| title_sort |
оценка изменений экологического состояния азовского моря по данным наблюдений из космоса |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Науки про Землю |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/37249 |
| citation_txt |
Оценка изменений экологического состояния Азовского моря по данным наблюдений из космоса / С.П. Любарцева, В.С. Суетин, С.Н. Королев // Доп. НАН України. — 2011. — № 3. — С. 124-128. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT lûbarcevasp ocenkaizmenenijékologičeskogosostoâniâazovskogomorâpodannymnablûdenijizkosmosa AT suetinvs ocenkaizmenenijékologičeskogosostoâniâazovskogomorâpodannymnablûdenijizkosmosa AT korolevsn ocenkaizmenenijékologičeskogosostoâniâazovskogomorâpodannymnablûdenijizkosmosa AT lûbarcevasp estimationofchangesintheazovseaecologicalstateonthebasisofsatelliteremotesensingdata AT suetinvs estimationofchangesintheazovseaecologicalstateonthebasisofsatelliteremotesensingdata AT korolevsn estimationofchangesintheazovseaecologicalstateonthebasisofsatelliteremotesensingdata |
| first_indexed |
2025-11-25T00:38:01Z |
| last_indexed |
2025-11-25T00:38:01Z |
| _version_ |
1849720655615885312 |
| fulltext |
УДК [551.46.08]+[550.47]
© 2011
С.П. Любарцева, В. С. Суетин, С. Н. Королев
Оценка изменений экологического состояния Азовского
моря по данным наблюдений из космоса
(Представлено академиком НАН Украины В. А. Ивановым)
За результатами аналiзу даних супутникових спостережень Азовського моря вста-
новлено наявнiсть стiйкого сезонного ходу концентрацiї хлорофiлу “а”. У перiод 1998–
2009 рр. вiдбувалось систематичне збiльшення цього параметра, яке найвиразнiше ви-
ражене в пiвнiчно-схiднiй частинi моря i в Таганрозькiй затоцi. Передбачається, що
лiтнiй максимум концентрацiї хлорофiлу “а” вiдповiдає iнтенсивному цвiтiнню цiано-
бактерiй, а виявлений мiжрiчний тренд може бути зумовлений прямим вiдгуком еко-
системи моря на зростання вмiсту CO2 в атмосферi.
Одно из актуальных направлений развития современных средств изучения окружающей
среды связано с применением оптической аппаратуры, устанавливаемой на искусственных
спутниках Земли [1]. В результате более чем двенадцатилетней эксплуатации космических
сканеров цвета SeaWiFS, MODIS и др. получен огромный массив высококачественной ин-
формации, которая является основой для научных исследований, протекающих в морских
акваториях разнообразных гидрофизических и экологических процессов.
Цель работы авторов настоящего сообщения — выполнение анализа и обсуждение про-
явлений крупномасштабной изменчивости Азовского моря в результатах его наблюдений
из космоса. Экосистема Азовского моря как объект такого рода исследований представляет
интерес в связи с его вероятной повышенной чувствительностью к внешним воздействиям,
в том числе таким, которые могут быть обусловлены общими климатическими трендами [2].
Использование спутниковой информации позволяет при малых затратах оценить проявле-
ния пространственно-временной изменчивости оптических свойств акваторий, зависящих
от множества присутствующих в воде примесей, растворенных и взвешенных веществ.
При интерпретации спутниковых данных обычно рассматривается вычисленная по спе-
циальным алгоритмам концентрация хлорофилла “а” (Ca). Как известно, его концентрация
является не только показателем трофности вод, но и признанным фенологическим и кли-
матическим индикатором, на основе которого рассчитываются переменные, описывающие
динамику биомассы фитопланктона и первичной продукции [3].
В приведенных ниже расчетах в качестве исходных данных использованы результаты
определения Ca по спутниковым измерениям, доступные для получения через интернет при
помощи программной системы Giovanni [4] (http://reason.gsfc.nasa.gov/Giovanni/). Данные
измерений являются так называемыми продуктами обработки третьего уровня и представ-
ляют собой среднемесячные значения, приведенные к узлам регулярной координатной сет-
ки, имеющей шаг, примерно равный 9 км. При этом в пределы рассматриваемой акватории
попадает 725 узлов. Указанные значения Ca вычислены по принятому в NASA стандартно-
му алгоритму, предназначенному для вод открытого океана [5].
Строго говоря, в Азовском море из-за вероятных отличий его оптических свойств от
океанических этот алгоритм может давать большие ошибки, обусловленные маскировкой
124 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №3
Рис. 1. Сезонный ход концентрации хлорофилла “а” в Азовском море по данным прибора SeaWiFS
Рис. 2. Концентрация хлорофилла “а” в Азовском море по данным спутниковых оптических сканеров. Ста-
тистически значимые линейные тренды показаны соответствующими прямыми линиями
полезного сигнала повышенным содержанием растворенного органического вещества, де-
трита, взвешенных донных осадков, терригенной взвеси и т. д. Тем не менее параметр Ca
представлен в качестве обобщенной характеристики, описывающей комбинированное про-
явление всех оптически активных примесей, и в конечном счете косвенным образом отража-
ющей экологическое состояние моря. Ниже приведены результаты анализа сезонного хода
и межгодовых вариаций данной величины по всей площади Азовского моря за все время
работы приборов SeaWiFS и MODIS в космосе, а также описывается пространственное
распределение обнаруженного при этом долгопериодного тренда.
Среднемесячные значения Ca, дополнительно осредненные по всей площади Азовско-
го моря, определяли по данным прибора SeaWiFS (рис. 1). Полученный сезонный ход Ca
характеризуется двумя локальными максимумами — в марте и августе. Второй максимум
в значительной степени превосходит первый по уровню. В этом проявляется существен-
ное отличие от того, что имеет место в глубоководных районах Черного моря, в котором
доминирует ранневесенний максимум, а второй — приходится на позднюю осень [6]. Заме-
тим, что из-за значительной пространственно-временной изменчивости исследуемого пара-
метра показанные на рисунке среднеквадратичные отклонения Ca имеют довольно высокие
значения.
Для анализа межгодовых вариаций осредненных по всей площади Азовского моря зна-
чений Ca на рис. 2 проиллюстрированы временные ряды, полученные по данным спутнико-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №3 125
Рис. 3. Распределение относительного положительного тренда концентрации хлорофилла “а” в Азовском
море по данным прибора SeaWiFS
вых приборов SeaWiFS и MODIS Aqua. На этих графиках регулярным образом проявляется
показанная на рис. 1 сезонная изменчивость, которая характеризуется зимним минимумом
и максимумом в конце лета. В разные годы сезонный ход имеет различную амплитуду, а,
кроме того, на рис. 2 отчетливо виден межгодовой тренд Ca, выраженный прежде всего
в возрастании уровня летнего локального максимума. Результаты простой линейной ап-
проксимации установленного тренда показаны прямыми линиями для данных, полученных
каждым из спутниковых приборов на временных интервалах их непрерывной работы —
1998–2007 гг. для SeaWiFS (в 2008 и 2009 годах регулярность работы SeaWiFS была нару-
шена несколькими перерывами) и 2002–2009 гг. для MODIS Aqua.
Проверка по критерию Кокса–Стюарта [7] подтверждает статистическую значимость
выявленных линейных трендов с доверительной вероятностью 95%. Несмотря на то, что
данные MODIS Aqua выглядят несколько завышенными по сравнению с данными SeaWiFS,
на общем промежутке наблюдений 2002–2009 гг. с учетом среднеквадратичных отклонений
обе выборки можно считать статистически однородными в смысле близости математичес-
ких ожиданий.
Проявления обнаруженного тренда величины Ca в разной мере выражены в различных
частях моря. Для примера на рис. 3 приводится карта пространственного распределения
специальным образом вычисленной характеристики относительного увеличения Ca, опре-
деленной как отношение абсолютного линейного тренда в каждом узле регулярной коорди-
натной сетки к среднему за весь период наблюдений значению концентрации хлорофилла
“а” в этом узле. Почти на всей площади моря линейный тренд имеет положительный знак.
Исключение составляют 172 узла сетки, в которых не было обнаружено статистически зна-
чимого тренда. Соответствующие участки на карте (см. рис. 3) выделены белым цветом.
Легко видеть, что область существенного межгодового роста концентрации хлорофилла “а”
располагается в северо-восточной части Азовского моря и в Таганрогском заливе. По-види-
мому, здесь происходят наиболее значительные экологические изменения. Относительный
тренд Ca в этих районах достигает 10% в год. Это означает, что за 10 лет концентрация
хлорофилла “а” увеличивается примерно в 2,5 раза.
126 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №3
Слабая изученность экологического состояния Азовского моря и его изменчивости не по-
зволяет получить однозначные выводы о причинах и механизмах обнаруженного роста Ca.
Тем не менее в качестве предварительных предположений можно пояснить следующее.
В работе [8] установлено, что в летний период в Азовском море при благоприятной
температуре воды 22–26 ◦С происходит цветение цианобактерий (синезеленых водорослей).
Следовательно, появление летнего максимума на графике, описывающего сезонный ход Ca
(см. рис. 1), обусловлено именно этими водорослями.
Как известно, при увеличении концентрации углекислого газа растет скорость фикса-
ции азота цианобактериями [9]. Соответственно, логично считать, что усиление цветений
синезеленых водоростей является прямым откликом экосистемы моря на рост концентрации
CO2 в атмосфере. При этом ожидается ингибирование нитрификации, что может привести
к нарушению баланса между аммонием и нитратами, повышению уровня регенерирован-
ной продукции с последующим сдвигом в планктонном сообществе. Оценка реалистично-
сти приведенных рассуждений требует проведения специальных исследований на основе
анализа новых экспериментальных данных и численных экспериментов с использованием
математического моделирования экологических процессов в море.
Заметим, что научный интерес к процессу жизнедеятельности цианобактерий в послед-
ние годы заметным образом увеличился. Ранее их роль в функционировании морских эко-
систем была во многом недооцененной. Так, попытка калибровать экологическую модель
Фэшема–Даклоу с помощью самых надежных на данный момент экспериментальных дан-
ных привела к необходимости модернизации модели путем включения в нее цианобакте-
рий [10]. В то же время современные спутниковые оптические приборы дают новые воз-
можности обнаружения цветения синезеленых водоростей в различных районах Мирового
океана [11, 12].
Таким образом, по результатам анализа данных спутниковых наблюдений Азовского
моря установлено наличие устойчивого сезонного хода концентрации хлорофилла “а”, ко-
торый характеризуется зимним минимумом и максимумом в конце лета. В течение перио-
да с 1998 по 2009 годы происходило систематическое увеличение Ca, наиболее отчетливо
выраженное в северо-восточной части моря и в Таганрогском заливе. Мы предполагаем,
что летний максимум концентрации хлорофилла “а” соответствует интенсивному цветению
цианобактерий, а обнаруженный межгодовой тренд может быть обусловлен прямым откли-
ком экосистемы моря на рост содержания CO2 в атмосфере. Проверка этих предположений
может стать предметом дальнейших целенаправленных исследований.
Представленные в данном сообщении результаты получены с использованием интер-
активной интернет-системы Giovanni, разработанной и поддерживаемой NASA GES DISC
(USA).
Авторы выражают признательность NASA, обеспечивающему работу приборов SeaWiFS,
MODIS и архива спутниковых измерений.
1. McClain C.R., Hooker S. B., Feldman G.C., Bontempi P. Satellite data for ocean biology, biogeochemistry,
and climate research // EOS, Trans. AGU. – 2006. – 87, No 34. – P. 337–343.
2. Kahru M., Mitchell B.G. Ocean color reveals increased blooms in various parts of the world // Ibid. –
2008. – 89, No 18. – P. 170.
3. Platt T., Sathyendranath S. Ecological indicators for the pelagic zone of the ocean from remote sensing //
Remote Sensing of Environment. – 2008. – 112. – P. 3426–3436.
4. Acker J.G., Leptoukh G. Online analysis enhances use of NASA earth science data // EOS, Trans. AGU. –
2007. – 88, No 2. – P. 14–17.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №3 127
5. O’Reilly J. E., Maritorena B.G., Siegel D.A. et al. Ocean color algorithms for SeaWiFS // J. Geophys.
Res. – 1998. – 103. – P. 24937–24953.
6. Ведерников В.И., Демидов А.Б. Первичная продукция и хлорофилл в глубоководных районах Чер-
ного моря // Океанология. – 1993. – 33, № 2. – С. 229–235.
7. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. – Москва: Физматлит, 2006. – 816 с.
8. Лялюк Н.М., Липницька Г.П. Деякi особливостi розвитку фiтонейстону Азовського моря // Питання
бiоiндикацiї та екологiї. – Запорiжжя: Вид-во Запорiз. ун-ту, 2000. – Вип. 5, № 2. – С. 98–103.
9. Hutchins D.A., Mulholland M.R., Fu F.-X. Nutrient cycles and marine microbes in a CO2-enriched
ocean // Oceanography. – 2009. – 22, No 4. – P. 128–145.
10. Rothstein L.M., Cullen J. J., Abbot M. et al. Modeling ocean ecosystems. The paradigm program // Ibid. –
2006. – 19, No 1. – P. 22–51.
11. Kahru M., Savchuk O.P., Elmgren R. Satellite measurements of cyanobacterial bloom frequency in the
Baltic Sea: interannual and spatial variability // Mar. Ecol. Prog. Ser. – 2007. – 343. – P. 15–23.
12. Westberry T.K., Siegel D.A. Spatial and temporal distribution of Trichodesmium blooms in the world’s
oceans // Global Biogeochem. Cycles. – 2006. – 20, GB4016. – P. 1–13.
Поступило в редакцию 16.07.2010Морской гидрофизический институт
НАН Украины, Севастополь
S. P. Liubartseva, V. S. Suetin, S.N. Korolev
Estimation of changes in the Azov Sea ecological state on the basis of
satellite remote sensing data
Stable annual variability of the chlorophyll “a” concentration in the Azov Sea has been found by
the analysis of satellite remote sensing data. Steady increase in this parameter has taken place
for 1998–2009 years, which is strongly pronounced in the northwestern part of the sea and the
Taganrog bay. The summer chlorophyll ‘a’ concentration peak is supposed to correspond to the
intensive bloom of cyanobacteria. The obtained interannual trend might be caused by the direct
ecosystem’s response to CO2 rising in the atmosphere.
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №3
|