hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/dfbm-t6da-5rvbhydrophysics-1154Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESТренды изменения первичной продукции фитопланктона по данным дистационного зондирования в глубоководной области Черного моря в 1998–2015 годыTrends in Changes in Primary Phytoplankton Production According to Remote Sensing Data in the Deep-Sea Region of the Black Sea for 1998–2015https://orcid.org/0000-0001-5430-2002КовалёваИ. В.KovalyovaI. V.

КОВАЛЁВА Илона Васильевна

РИНЦ AuthorID: 1039761

Scopus AuthorID: 56405274600

WoS ResearcherID: AAB-4397-2019

пр. Нахимова, д. 2, г. Севастополь, 299011

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

ila.82@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4852-341XФиненкоЗ. З.FinenkoZ. Z.

ФИНЕНКО Зосим Зосимович

РИНЦ AuthorID: 744590

Scopus AuthorID: 6603566261

WoS ResearcherID: B-7041-2018

пр. Нахимова, д. 2, г. Севастополь, 299011

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

zosim_finenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8627-7603СуслинВ. В.SuslinV. V.

СУСЛИН Вячеслав Владимирович

РИНЦ AuthorID: 825673

Scopus AuthorID: 6602501867

ул. Капитанская, д. 2, г. Севастополь, 299011

299011, Каpitanskaya Str., 2, Sevastopol

slava.suslin@mhi-ras.ruФедеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН»РоссияA.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RASRussian FederationМорской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute RASRussian Federation2022060120231544253Copyright © Ковалёва И.В., Финенко З.З., Суслин В.В., 20232023Ковалёва И.В., Финенко З.З., Суслин В.В.Kovalyova I.V., Finenko Z.Z., Suslin V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1154

Проведен анализ многолетних сезонных изменений концентрации хлорофилла, максимальной скорости фотосинтеза фитопланктона и температуры воды в поверхностном слое глубоководной зоны Черного моря с 1998 по 2015 годы. Оценивались тренды указанных показателей. Для исследований использовались данные спутниковых наблюдений SeaWiFS и MODIS-Aqua, MODIS-Terra. Выявлены тенденции к повышению температуры на 4 % по среднегодовым данным в глубоководной западной части моря за 18-тилетний период. Повышение происходило преимущественно за счет зимнего сезона. Понижение первичной продукции фитопланктона отмечено в пределах 16,4–18,6 % от первоначального уровня по среднегодовым величинам при уровне значимости р < 0,1, по всей глубоководной области. Снижение первичной продукции наблюдалось летом. Статистически значимых направленных изменений концентрации хлорофилла по осредненным данным за 18 лет не отмечено. В различных частях глубоководной зоны направленность межгодовых и сезонных изменений всех показателей была сходной. Наметившаяся тенденция к снижению продуктивности фитопланктона за последние годы может привести к перестройке фитопланктонного сообщества.

The analysis of long-term seasonal changes in the concentration of chlorophyll, the maximum rate of phytoplankton photosynthesis and water temperature in the surface layer of the open waters Black Sea from 1998 to 2015 has been carried out. The trends of these indicators were assessed. For the research, we used the data of satellite observations SeaWiFS and MODIS-Aqua, MODIS-Terra. Typical positive temperature trends of 4 % in the deep-water western part of the sea. An annual temperature rise in deep-water areas was noted in the western cyclonic circulation by 0.038 °C. According to average annual data in other areas, no increase was found. The increase was mainly due to the winter season. Negative trends of primary phytoplankton production within 16.4–18.6 % of the initial level according to average annual values throughout the deep-water area. Significance level — p < 0.1. A decrease in primary production was observed in the summer. There were no statistically significant directional changes in 

chlorophyll concentration based on averaged data over 18 years. In different parts of the deep-sea area, the direction of interannual and seasonal changes in all indicators was similar. The emerging trend towards a decrease in phytoplankton productivity in recent years may lead to a restructuring of the phytoplankton community.

многолетние трендысезонная изменчивостьтемпература водыконцентрация хлорофилла апродуктивность фитопланктонаглобальное потеплениеЧерное мореспутниковые измеренияlong-term trendsseasonal variabilitywater temperaturechlorophyll a concentrationphytoplankton productivityglobal warmingBlack Seasatellite measurementsРабота выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ИнБЮМ по теме «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом» (№ гос. регистрации 121041400077–1) и частично в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений».The work was carried out within the framework of the state assignment of the Federal Research Center IBSS on the topic “Functional, metabolic and toxicological aspects of the existence of aquatic organisms and their populations in biotopes with different physicochemical regimes” (state registration number 121041400077–1). The study was carried out partly within the framework of the state task on theme (0827–2018–0002) “Development of methods of operational oceanology based on interdisciplinary research of the processes of construction and evolution of the marine environment and mathematical modeling using data from remote and in situ measurements”.ReferencesМикаэлян А.С. Временная динамика фитопланктона глубоководного бассейна Черного моря: Дис… докт. биол. Наук. М., 2018. 266 с.Mikaelyan А.S. Time dynamics of phytoplankton in the deep-water basin of the Black Sea: Diss. …Doct. Biol. Sci. Moscow. 2018, 266 p. (In Russian).Финенко З.З., Мансурова И.М., Суслин В.В. Динамика концентрации хлорофилла a в Чёрном море по спутниковым измерениям // Морской биологический журнал. 2019. Т. 4, № 2. С. 87–95. doi:10.21072/mbj.2019.04.2.09Finenko Z.Z., Mansurova I.M., Suslin V.V. Dynamics of chlorophyll a concentration in the Black Sea on satellite data. Marine Biological Journal. 2019, 4, 2, 87–95 (in Russian). doi:10.21072/mbj.2019.04.2.09Finenko Z.Z., Suslin V.V., Kovaleva I.V. Сезонные и многолетние изменения концентрации хлорофилла в Черном море по спутниковым наблюдениям // Океанология. 2014. Vol. 54. № 5. Р. 635–645. doi:10.7868/S0030157414050062Finenko Z.Z., Suslin V.V., Kovaleva I.V. Seasonal and long-term dynamics of the chlorophyll concentration in the Black Sea according to satellite observations. Oceanology. 2014, 54, 5, 596–605. doi:10.1134/S0001437014050063Kopelevich O.V., Sheberstov S.V., Yunev O., Basturk O., Finenko Z.Z., Nikonov S., Vedernikov V.I. Surface chlorophyll in the Black Sea over 1978–1986 derived from satellite and in situ data // Journal of Marine Systems. 2002. V. 36 Issue 3–4 P. 145–160. doi:10.1016/S0924–7963(02)00184–7Kopelevich O.V., Sheberstov S.V., Yunev O., Basturk O., Finenko Z.Z., Nikonov S., Vedernikov V.I. Surface chlorophyll in the Black Sea over 1978–1986 derived from satellite and in situ data. Journal of Marine Systems. 2002, 36, 3–4, 145–160. doi:10.1016/S0924–7963(02)00184–7Востоков С.В., Лобковский Л.И., Востокова А.С., Соловьев Д.М. Сезонная и многолетняя изменчивость фитопланктона в Чёрном море по данным дистанционного зондирования и контактным измерениям хлорофилла а // Доклады академии наук. 2019. Т. 485, № 1. С. 99–103. doi:10.31857/S0869–5652485199–103Vostokov S.V., Lobkovskii L.I., Vostokova A.S., Solov’ev D.M. Seasonal and interannual variability of phytoplankton in the Black Sea on the basis of remote sensing data and in situ measurements of chlorophyll-a. Doklady Earth Sciences. 2019, 485, 1, 293–297. doi:10.1134/S1028334X19030097Oguz T., Dippner J.W., Kaymaz Z. Climatic regulation of the Black Sea hydro-meteorological and ecological properties at interannual-to-decadal time scales // Journal of Marine Systems. 2006. V. 60, P. 235–254. doi:10.1016/j.jmarsys.2005.11.011Oguz T., Dippner J.W., Kaymaz Z. Climatic regulation of the Black Sea hydro-meteorological and ecological properties at interannual-to-decadal time scales. Journal of Marine Systems. 2006, 60, 235–254. doi:10.1016/j.jmarsys.2005.11.011Кривенко О.В., Пархоменко А.В., Чурилова Т.Я., Финенко З.З., Суслин В.В. Реанализ долговременных рядов изменения биомассы фитопланктона в открытой части Чёрного моря по результатам натурных и спутниковых наблюдений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное исследование ресурсов шельфа. Севастополь: 2012. Т. 2. № 26. С. 185–194.Krivenko О.V., Parhomenko А.V., Churilova Т. Ya., Finenko Z.Z., Suslin V.V. Reanalysis of long-term series of changes in phytoplankton biomass in the open part of the Black Sea based on the results of field and satellite observations. Ekologicheskaya Bezopasnost’ Pribrezhnoi i Shelfovoi Zon i Kompleksnye Issledovaniya Resursov Shelfa. 2012, 2, 26, 185– 194 (in Russian).Mikaelyan A.S., Mosharova S.A., Kubryakov A.A., Pautova L.A., Fedorova A., Chasovnikova V.K. The impact of physical processes on taxonomic composition, distribution and growth of phytoplankton in the open Black Sea // Journal of Marine Systems. 2020. Vol. 208. (103368) P. 1–16. doi.org/10.1016/j.jmarsys.2020.103368Mikaelyan A.S., Mosharova S.A., Kubryakov A.A., Pautova L.A., Fedorova A., Chasovnikova V.K. The impact of physical processes on taxonomic composition, distribution and growth of phytoplankton in the open Black Sea. Journal of Marine Systems. 2020, 208, 103368, 1–16. doi:10.1016/j.jmarsys.2020.103368Иванов В.А., Белокопытов В.Н. Океанография Черного моря. Севастополь: НАН Украины, Морской гидрофизический институт. 2011. 212 с.Ivanov V.A., Belokopytov V.N. Oceanography of the Black Sea. NAS of Ukraine, Marine Hydrophysical Institute, Sevastopol, 2011, 209 p. (In Russian).Suslin V.V., Churilova T. Ya. Regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and colored detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean color scanners // International Journal of Remote Sensing. 2016. V. 37, N 18. P. 4380–4400. doi:10.1080/01431161.2016.1211350Suslin V.V., Churilova T. Ya. Regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners. International Journal of Remote Sensing. 2016, 37, 18, 4380–4400. doi:10.1080/01431161.2016.1211350Суслин В.В., Чурилова Т.Я., Ли М.Е. Мончева С., Финенко З.З. Концентрация хлорофилла а в Черном море: Сравнение спутниковых алгоритмов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 64–72. doi:10.7868/S2073667318030085Suslin V.V., Churilova T. Ya., Lee M., Moncheva S., Finenko Z.Z. Comparison of the Black Sea chlorophyll-a algorithms for SeaWiFS and MODIS instruments. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2018, 11, 3, 64–72 (in Russian). doi:10.7868/S2073667318030085Финенко З.З., Ковалева И.В., Суслин В.В. Использование спутниковых данных для оценки удельной скорости роста фитопланктона в поверхностном слое Черного моря // Биология моря. 2019. Т. 45, № 5. С. 334–341. doi:10.1134/S0134347519050115Finenko Z.Z., Kovalyova I.V., Suslin V.V. Use of satellite data for the estimation of the specific growth rate of phytoplankton in the surface layer of the Black Sea. Russian Journal of Marine Biology. 2019, 45, 4, 313–319. doi:10.1134/S1063074019040059Финенко З.З., Чурилова Т.Я., Сосик Х.М., Бастюрк О. Изменчивость фотосинтетических параметров фитопланктона в поверхностном слое черного моря // Океанология. 2002. Т. 42, № 1. С. 60–75.Finenko Z.Z., Churilova T. Ya., Sosik H.M., Bastruk O. Variability of photosynthetic parameters of the surface phytoplankton in the Black Sea. Oceanology. 2002, 1, 42, 53–67.Белокопытов В.Н. О климатической изменчивости термохалинной структуры Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексные исследования ресурсов шельфа. 2013. Т. 7. С. 226–230.Belokopуtov V.N. On the climatic variability of the Black Sea thermohaline structure. ‒ Ekologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoi i shelfovoi zon i kompleksnye issledovaniya resursov shelfa. 2013, 27, 226–230 (In Russian).Levitus S., Antonov J.I., Boyer T.P., Baranova O.K., Garcia H.E., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Reagan J.R., Seidov D., Yarosh E.S., Zweng M.M. World Ocean heat content and thermosteric sea level change (0–2000 m), 1955–2010 // Geophysical Research Letters. 2012. Vol. 39. L10603. doi:10.1029/2012GL051106Levitus S., Antonov J.I., Boyer T.P., Baranova O.K., Garcia H.E., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Reagan J.R., Seidov D., Yarosh E.S., Zweng M.M. World Ocean heat content and thermosteric sea level change (0–2000 m), 1955–2010. Geophysical Research Letters. 2012, 39, L10603. doi:10.1029/2012GL051106Kazmin A.S., Zatsepin A.G. Long-term variability of surface temperature in the Black Sea, and its connection with the large-scale atmospheric forcing // Journal of Marine Systems. 2007. V. 68, № 1. Р. 293–301.Kazmin A.S., Zatsepin A.G. Long-term variability of surface temperature in the Black Sea, and its connection with the large-scale atmospheric forcing. Journal of Marine Systems. 2007, 68, 1, 293–301.Полонский А.Б., Шокурова И.Г., Белокопытов В.Н. Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2013. Т. 6. С. 27–41.Polonskii А.B., Shokurova I.G., Belokopytov V.N. Ten-year variability of temperature and salinity in the Black Sea. Physical Oceanography. 2013, 6, 27–41 (in Russian).Ginzburg A.I., Kostianoy A.G., Sheremet N.A. Sea Surface Temperature Variability / The Black Sea Environment. The Handbook of Environmental Chemistry. Berlin Heidelberg. Springer-Verlag. Part Q, Vol. 5. 2008. P. 255–275.Ginzburg A.I, Kostianoy A.G., Sheremet N.A. Sea Surface Temperature Variability. The Black Sea Environment. The Handbook of Environmental Chemistry. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. V. 5, Part Q. 2018, 255–275.Kara A.B., Barron C.N., Wallcraft A.J., Oguz T., Casey K.S. Advantages of fine resolution SSTs for small ocean basins: Evaluation in the Black Sea // Journal of Geophysical Research. 2008. Vol. 113, C08013.Kara A.B., Barron C.N., Wallcraft A.J., Oguz T., Casey K.S. Advantages of fine resolution SSTs for small ocean basins: Evaluation in the Black Sea. Journal of Geophysical Research. 2008, 113, C08013.Ковалёва И.В. Межгодовые и сезонные изменения концентрации хлорофилла а и первичной продукции в глубоководной части Черного моря // Гидробиологический журнал. 2014. Т. 50, № 3. С. 38–50.Kovaleva I.V. Interannual and seasonal changes in the concentration of chlorophyll a and primary production in the deepwater section of the Black Sea. Hydrobiological Journal. 2014, 50, 5, 35–46. doi:10.1615/HydrobJ.v50.i5.40Зуенко Ю.И., Першина Е.А. Изменчивость температуры воды и сроков весеннего «цветения» на нерестилищах сардины иваси в Японском море // Известия ТИНРО. 2011, Т. 165. С. 251–264.Zuenko Yu.I., Pershina Е.А. Variability of water temperature and the timing of spring “bloom” in the spawning grounds of Iwashi sardine in the Sea of Japan. Izvestiya ТINRО. 2011, 165, 251–264 (in Russian).Lehmann A., Getzlaff K., Harlab J. Detailed assessment of climate variability in the Baltic Sea area for the period 1958 to 2009 // Climate Research. 2011. V. 46. P. 186–195. doi:10.3354/cr00876Lehmann A., Getzlaff K., Harlab J. Detailed assessment of climate variability in the Baltic Sea area for the period 1958 to 2009. Climate Research. 2011, 46, 186–195.Кудрявцева Е.А. Роль геоэкологических факторов в распределении первичной продукции российского сектора Гданьского бассейна Балтийского моря: Дис … канд. геогр. наук. Калининград, 2017. 159 с.Kudryavtzeva Е.А. The role of geoecological factors in the distribution of primary production in the Russian sector of the Gdansk basin of the Baltic sea: Diss. …Cand. Geogr. Sci. Kaliningrad. 2017, 159 p. (in Russian).Voss R., Petereit C., Schmidt J.O., Lehmann A., Makarchouk A., Hinrichsen H.H. The spatial dimension of climate-driven temperature change in the Baltic Sea and its implication for cod and sprat early life stage survival // Journal of Marine Systems. 2012. Vol. 100–101. P. 1–8. doi:10.1016/j.jmarsys.2012.03.009Voss R., Petereit C., Schmidt J.O., Lehmann A., Makarchouk A., Hinrichsen H.H. The spatial dimension of climate-driven temperature change in the Baltic Sea and its implication for cod and sprat early life stage survival. Journal of Marine Systems. 2012, 100–101, 1–8.Miladinova S.A., Stips E., Garcia-Gorriz D., Macias Moy. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122. Р. 5624–5644. doi:10.1002/2016JC012644Miladinova S.A., Stips E., Garcia-Gorriz D., Macias Moy. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017, 122, 5624–5644. doi:10.1002/2016JC012644Мельников В.А., Москаленко Л.В., Кузеванова Н.И. Ветровые циклы и климатические тренды Черного моря / под ред. Кабатченко И.М. // Труды ГОИН имени Н.Н. Зубова. Исследования океанов и морей. 2018. Вып. 219. С. 101–123.Melnikov V.A., Moskalenko L.V., Kuzevanova N.I. Black Sea wind cycles and climatic trends / ed. Kabatchenko I.M. Proceedings of N.N. Zubov State Oceanographic Institute. Ocean and Sea Research. 2018, 219, 101–123 (in Russian).Буканова Т.В. Тенденции эвтрофирования юго-восточной части Балтийского моря по спутниковым данным: Дис. …канд. геогр. наук. Калининград. 2014. 142 с.Bukanova Т.V. Trends in eutrophication of the southeastern Baltic Sea based on satellite data: Diss. …Cand. Geogr. Sci. Kaliningrad. 2014, 142 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.