hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/4heu-kxbn-gg7thydrophysics-700Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESСвязь пространственной структуры концентрации общего взвешенного вещества и гидрологических параметров в северной части Черного моря по данным контактных измеренийThe Relationship of the Spatial Structure of the Total Suspended Matter Concentration and Hydrological Parameters in the Northern Black Sea According to Contact MeasurementsЛатушкинА. А.LatushkinA. A.

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

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

АртамоновЮ. В.ArtamonovYu. V.

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

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

artam-ant@yandex.ruСкрипалеваЕ. А.SkripalevaE. A.

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

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

ФедиркоА. В.FedirkoA. V.

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

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

Морской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute, Russian Academy of SciencesRussian Federation202225062022152124137Copyright © Латушкин А.А., Артамонов Ю.В., Скрипалева Е.А., Федирко А.В., 20222022Латушкин А.А., Артамонов Ю.В., Скрипалева Е.А., Федирко А.В.Latushkin A.A., Artamonov Y.V., Skripaleva E.A., Fedirko A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/700

По данным гидрооптических съемок, выполненных в северной части Черного моря по одной и той же сетке в период с 2016 по 2020 гг., уточнены особенности горизонтальной и вертикальной структуры поля общего взвешенного вещества и оценена их связь с распределениями полей температуры воды, солености и плотности. Показано, что основными источниками повышенной концентрации общего взвешенного вещества в поверхностном слое северной части Черного моря являются низкосоленые и мутные воды, поступающие из Керченского пролива, воды стоков Риони, Ингури и других рек на востоке акватории и распресненные воды Днепра, Днестра и Дуная, проникающие на акваторию съемок с северо-западного шельфа. В глубоководной части моря могут прослеживаться локальные области мутных вод, возникновение которых связано с особенностями вертикальной циркуляции в зонах циклонических круговоротов и меандров Основного Черноморского Течения. Вертикальная структура концентрации общего взвешенного вещества характеризовалась верхним квазиоднородным слоем, обычно совпадающим по толщине с верхним квазиоднородным слоем в полях термохалинных параметров. В пределах этого слоя между значениями концентрации общего взвешенного вещества и значениями температуры и солености наблюдалась значимая линейная отрицательная корреляция и значениями плотности — положительная. Глубже, в слое сезонных термоклина и пикноклина, прослеживался подповерхностный максимум концентрации общего взвешенного вещества. В областях, где наблюдался максимальный вертикальный градиент температуры, толщина слоя повышенной мутности уменьшалась почти на порядок по сравнению с районами, где градиент температуры был слабо выражен. Ниже ядра холодного промежуточного слоя в слое основных термоклина, галоклина и пикноклина прослеживался промежуточный минимум концентрации общего взвешенного вещества. Под этим минимумом располагался еще один слой повышенных значений концентрации общего взвешенного вещества, глубина которого совпадала с глубиной верхней границы сероводородной зоны.

Here we describe the features of the horizontal and vertical distribution of total suspended matter in the northern part of the Black Sea and their relationships with the water temperature, salinity, and density fields measured at the identical grid during hydro-optical surveys from 2016 to 2020. The results show that the primary sources of increased total suspended matter concen trations in the northern part of the Black Sea are low-salinity and turbid waters of the Kerch Strait; runoffs of the Rioni, Enguri, and other rivers in the east of the survey area; together with freshened waters of the Dnieper, Dniester, and Danube runoff from the northwestern shelf. Higher turbidity was observed in the deep-water part of the sea, associated with the cyclonic gyres and meanders of the Rim Current effects. The total suspended matter vertical structure features an upper mixed layer, which usually coincides in thickness with the upper thermohaline upper mixed layer. Significant negative correlations were found for this layer comparing total suspended matter concentration versus temperature and salinity, while the correlation appears positive with density values. Below, a total suspended matter subsurface maximum was observed in the seasonal thermocline and pycnocline layer. The high turbidity layer appeared almost an order of magnitude thinner in the regions of maximum temperature gradients versus the areas where the temperature gradient was weak. A local total suspended matter minimum occurred below the cold intermediate core, corresponding to the main thermocline, halocline, and pycnocline layer. Beneath this minimum, there was a local increase of total suspended matter coinciding with the upper boundary of the hydrogen sulfide zone.

общее взвешенное веществоЧерное мореОсновное Черноморское Течениетемпература водысоленостьплотностьциркуляцияверхний квазиоднородный слойтермоклинпикноклингалоклинtotal suspended matterBlack SeaRim Currentwater temperaturesalinitydensitycirculationupper mixed layerthermoclinepycnoclinehaloclineРабота выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по темам № 0555–2021–0003 (Оперативная океанология) и № 0555–2021–0004 (Океанологические процессы).The work was carried out within the framework of the FSBSI FRC MHI State Orders No. 0555-2021-0003 (Operational oceanology) and № 0555-2021-0004 (Oceanological processes).ReferencesИзраэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. М.: Флинта Наука, 2009. 520 c.Israel Yu.A., Tsyban A.V. Anthropogenic ecology of the ocean. Moskva, Flinta Nauka, 2009. 520 p. (in Russian).Иванов В.А., Катунина Е.В., Совга Е.Е. Оценки антропогенных воздействий на экосистему акватории Гераклейского полуострова в районе расположения глубинных стоков // Процессы в геосредах. 2016. Т. 1, № 5. С. 62–68.Ivanov V.A., Katunina E.V., Sovga E.E. Assessments of anthropogenic impacts on the ecosystem of the waters of the Heraklean Peninsula in the vicinity of deep drains. Processes in GeoMedia. 2016, 1(5), 62–68 (in Russian).Бондур В.Г., Килер Р.Н., Старченков С.А., Рыбакова Н.И. Мониторинг загрязнений прибрежных акваторий с использованием многоспектральных спутниковых изображений высокого пространственного разрешения // Исследование Земли из космоса. 2006. № 6. С. 42–49.Bondur V.G., Kiler R.N., Starchenkov S.A., Rybakova N.I. Monitoring of the pollution of the ocean coastal waters areas using space multispectral high resolution imagery. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2006, 6, 42–49 (in Russian).Volpe V., Silvestri S., Marani M. Remote sensing retrieval of suspended sediment concentration in shallow waters // Remote Sensing of Environment. 2011. Vol. 115, Iss. 1. P. 44–54. doi:10.1016/j.rse.2010.07.013Volpe V., Silvestri S., Marani M. Remote sensing retrieval of suspended sediment concentration in shallow waters. Remote Sensing of Environment. 2011, 115, 1, 44–54. doi:10.1016/j.rse.2010.07.013Xiaolong Yu, Zhongping L., Fang S., Menghua W., Jianwei W., Lide J., Zhehai S. An empirical algorithm to seamlessly retrieve the concentration of suspended particulate matter from water color across ocean to turbid river mouths // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 235. doi:10.1016/j.rse.2019.111491Xiaolong Yu., Zhongping L., Fang S., Menghua W., Jianwei W., Lide J., Zhehai S. An empirical algorithm to seamlessly retrieve the concentration of suspended particulate matter from water color across ocean to turbid river mouths. Remote Sensing of Environment. 2019, 235, 111491. doi:10.1016/j.rse.2019.111491Eisma D. Suspended matter in the aquatic environment. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. 1993, 315 p. doi:10.1007/978-3-642-77722-6Eisma D. Suspended matter in the aquatic environment. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. 1993, 315 p. doi:10.1007/978-3-642-77722-6Маньковский В.И. Оптическая структура вод Черного моря и закономерности ее формирования // Гидрофизические и гидрохимические исследования Черного моря. Севастополь: МГИ АНУ, 1992. С. 7–27.Man’kovskiy V.I. Optical structure of the Black Sea waters and patterns of its formation. Gidrofizicheskie i Gidrohimicheskie Issledovaniya Chernogo Morya. Sevastopol, MGI ANU. 1992, 7–27 (in Russian).Маньковский В.И., Соловьев М.В. Связь показателя ослабления излучения с концентрацией взвеси в водах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2003. № 2. С. 60–65.Man’kovskiy V.I., Solov’ev M.V. Relationship between the radiation attenuation index and the concentration of suspended matter in the Black Sea waters. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 2003, 2, 60–65 (in Russian).Маньковский В.И., Маньковская Е.В., Соловьев М.В. Гидрооптические характеристики Черного моря. Справочник. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2009. 41 с.Man’kovskiy V.I., Man’kovskaya E.V., Solov’ev M.V. Hydro-optical characteristics of the Black Sea. Reference book. Sevastopol’, MGI NAN Ukrainy, 2009. 41 p. (in Russian).Кукушкин А.С., Агафонов Е.А., Прохоренко Ю.А. Распределение показателя ослабления направленного света в поверхностных прибрежных водах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2006. № 5. С. 30–43.Kukushkin A.S., Agafonov E.A., Prohorenko Yu.A. Distribution of the light beam attenuation coefficient in the surface coastal waters of the Black Sea. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 2006, 5, 30–43 (in Russian).Кукушкин А.С. Пространственно-временная изменчивость распределения прозрачности вод в северо-западной части Черного моря // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30, № 9. С. 750–762. doi:10.15372/AOO20170904Kukushkin A.S. Spatial and temporal variability of the water transparency distribution in the north-western Black Sea. Optika Atmosfery i Okeana. 2017, 30(9), 750–762 (in Russian). doi:10.15372/AOO20170904Маньковский В.И. Оптические характеристики прибрежных вод Черноморского побережья Украины // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 1999. С. 149–152Man’kovskiy V.I. Optical characteristics of the coastal waters of the Black Sea coast of Ukraine. Ekologicheskaya Bezopasnost’ Pribrezhnyh i Shel’fovyh Zon i Kompleksnoe Ispol’zovanie Resursov Shel’fa. 1999, 149–152 (in Russian).Yakushev E.V., Chasovnikov V.K., Murray J.W., Pakhomova S.V., Podymov O.I., Stunzhas P.A. Vertical hydro-chemical structure of the Black Sea / Eds. Kostianoy A.G., Kosarev A.N. The Black Sea Environment. The Handbook of Environmental Chemistry. Berlin, Heidelberg: Springer. Vol. 5Q. 2007. P. 277–307. doi:10.1007/698_5_088Yakushev E.V., Chasovnikov V.K., Murray J.W., Pakhomova S.V., Podymov O.I., Stunzhas P.A. Vertical hydro-chemical structure of the Black Sea / Eds. Kostianoy A.G., Kosarev A.N. The Black Sea Environment. The Handbook of Environmental Chemistry. Berlin, Heidelberg: Springer. Vol. 5Q. 2007. P. 277–307. doi:10.1007/698_5_088Маньковский В.И. Глубинный слой повышенной концентрации взвеси и его связь с циркуляцией и структурой водных масс // Исследования межведомственной экспедиции в северо-западной Атлантике. Севастополь: МГИ АН УССР. 1969. С. 83–88.Man’kovskiy V.I. A deep layer of increased concentration of suspended matter and its relationship with the circulation and structure of water masses. Issledovaniya Mezhvedomstvennoy Ekspedicii v Severo-zapadnoy Atlantike. Sevastopol’, MGI AN USSR, 1969. P. 83–88 (in Russian).Неуймин Г.Г. Стабильный глубоководный слой взвеси в Черном море // Морские гидрофизические исследования. Севастополь: МГИ АН УССР. 1970. № 1. С. 178–191.Neujmin G.G. Stable deep-water suspension layer in the Black Sea. Morskie Gidrofizicheskie Issledovaniya. 1970, 1, 178–191 (in Russian).Неуймин Г.Г. Распределение взвеси в глубинных областях Черного моря // Физика атмосферы и океана. 1965. Т. 1, № 11. С. 1190–1195.Neujmin G.G. Distribution of suspended matter in the deep areas of the Black Sea. Fizika Atmosfery i Okeana. 1965, 1(11), 1190–1195 (in Russian).Совга Е.Е., Маньковский В.И., Прохоренко Ю.А., Чепурнова Э.А. Природа глубинного мутного слоя в Черном море // Доклады Академии наук Украинской ССР. Серия Б: Геологические, химические и биологические науки. 1987. № 6. С. 32.Sovga E.E., Man’kovskiy V.I., Prohorenko Yu.A., Chepurnova E.A. Nature of the turbidity deep layer in the Black Sea. Doklady Akademii nauk Ukrainskoy SSR. Seriya B: Geologicheskie, himicheskie i biologicheskie nauki. 1987, 6, 32 (in Russian).Прохоренко Ю.А., Крашенинников Б.Н., Агафонов Е.А., Башарин В.А. Экспериментальные исследования глубинного слоя мутности в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 1993. № 2. С. 57–63.Prohorenko Yu.A., Krasheninnikov B.N., Agafonov E.A., Basharin V.A. Experimental studies of the turbidity deep layer in the Black Sea. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 1993, 2, 57–63 (in Russian).Маньковский В.И., Земляная Л.А. Распределение по акватории и сезонная изменчивость глубинного мутного слоя в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 1987. № 6. С. 51–53.Man’kovskiy V.I., Zemlyanaya L.A. Distribution over the water area and seasonal variability of the turbidity deep layer in the Black Sea. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 1987, 6, 51–53 (in Russian).Маньковский В.И. Особенности вертикального распределения показателя ослабления излучения в коротковолновом и длинноволновом участках спектра в глубинных слоях сероводородной зоны и в придонном слое Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2003. № 3. С. 63–67.Man’kovskiy V.I. Features of the vertical distribution of the radiation attenuation coefficient in the short-wave and longwave parts of the spectrum in the deep layers of the hydrogen sulfide zone and in the bottom layer of the Black Sea. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 2003, 3, 63–67 (in Russian).Агафонов Е.А., Кукушкин А.С., Прохоренко Ю.А. Особенности формирования прозрачности поверхностных вод на шельфе северных районов Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2002. № 2. С. 65–67.Agafonov E.A., Kukushkin A.S., Prohorenko Yu.A. Features of the formation of surface water transparency on the shelf of the northern regions of the Black Sea. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 2002, 2, 65–67 (in Russian).Маньковский В.И. Оптические характеристики вод восточной части северо-западного шельфа Черного моря в весенний период // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 4. С. 61–68.Man’kovskiy V.I. Optical characteristics of waters in the eastern part of the northwestern shelf of the Black Sea in the spring. Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal. 2012, 4, 61–68 (in Russian).Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Martynov O.V., Alekseev D.V. Peculiarities of the suspended matter distribution received by the optical measurements in the photic layer of the north part of the Black Sea in the summer period of 2016 // Proceedings SPIE, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1046634 (2017). doi: 10.1117/12.2286444Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Martynov O.V., Alekseev D.V. Peculiarities of the suspended matter distribution received by the optical measurements in the photic layer of the north part of the Black Sea in the summer period of 2016. Proceedings SPIE, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1046634 (2017). doi: 10.1117/12.2286444Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Korchemkina E.N., Skripaleva E.A., Khurchak A.P. Hydro-optical structure of the Black Sea active water layer in the spring-summer period of 2017 // Proceedings SPIE10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2018. 108333V. doi:10.1117/12.2503874Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Korchemkina E.N., Skripaleva E.A., Khurchak A.P. Hydro-optical structure of the Black Sea active water layer in the spring-summer period of 2017. Proceedings SPIE10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2018. 108333V. doi:10.1117/12.2503874Латушкин А.А., Артамонов Ю.В., Федирко А.В., Скрипалева Е.А., Кудинов О.Б. Особенности гидрооптической структуры вод в северной части Черного моря по данным натурных измерений в 2018 г. // Труды X-ой Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы оптики естественных вод» (ONW 2019). Санкт-Петербург, 2019. С. 120–124.Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Skripaleva E.A., Kudinov O.B. Features of the waters hydro-optical structure in the northern part of the Black Sea according to field measurements in 2018. Proceedings of X Anniversary All-Russian Conference “Current Problems in Optics of Natural Waters” (ONW 2019). St. Peterburg, 2019, 120–124 (in Russian).Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Skripaleva E.A., Kudinov O.B. Spatial structure of the total suspended matter concentrations in the northern Black Sea in autumn 2018 according to contact observations // Proceedings SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2019. 112084U. doi:10.1117/12.2540798Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Fedirko A.V., Skripaleva E.A., Kudinov O.B. Spatial structure of the total suspended matter concentrations in the northern Black Sea in autumn 2018 according to contact observations. Proceedings SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2019. 112084U. doi:10.1117/12.2540798Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Skripaleva E.A., Fedirko A.V., Kudinov O.B. Spatial features of the hydro-optical waters structure in the northern part of the Black Sea in spring 2019 according to contact measurements on R/V Professor Vodyanitsky // Proceedings SPIE11560, 26th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2020. 115602R. doi:10.1117/12.2574281Latushkin A.A., Artamonov Yu.V., Skripaleva E.A., Fedirko A.V., Kudinov O.B. Spatial features of the hydro-optical waters structure in the northern part of the Black Sea in spring 2019 according to contact measurements on R/V Professor Vodyanitsky. Proceedings SPIE11560, 26th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2020. 115602R. doi:10.1117/12.2574281Клювиткин А.А., Гармашов А.В., Латушкин А.А., Орехова Н.А., Коченкова А.И., Малафеев Г.В. Комплексные исследования Черного моря в 101-М рейсе научно-исследовательского судна «Профессор Водяницкий» // Океанология. 2019. Т. 59, № 2. С. 315–318. doi:10.31857/S0030-1574592315-318Klyuvitkin A.A., Garmashov A.V., Latushkin A.A., Orekhova N.A., Kochenkova A.I., Malafeev G.V. Comprehensive Studies of the Black Sea during the Cruise 101 of the R/V Professor Vodyanitsky. Oceanology. 2019, 59, 2, 287–289. doi:10.1134/S0001437019020097Латушкин А.А. Многоканальный измеритель коэффициента ослабления света для проведения океанографических подспутниковых исследований // Управление и механотронные системы. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2013. С. 231–236.Latushkin A.A. Multi-channel beam attenation coefficient meter for oceanographic sub-satellite research. Upravlenie i Mekhanotronnye Sistemy. 2013, 231–236 (in Russian).Алескерова A.A., Кубряков A.A., Горячкин Ю.Н., Станичный С.В. Распространение вод из Керченского пролива в Черное море // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 53–64. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-53-64Aleskerova A.A., Kubryakov A.A., Goryachkin Yu.N., Stanichny S.V. Propagation of waters from the Kerch Strait in the Black Sea. Physical Oceanography. 2017, 6, 47–57. doi:10.22449/1573-160X-2017-6-47-57Artamonov Yu.V., Latushkin A.A., Skripaleva E.A., Fedirko A.V. Rim Current manifestation in the climatic fields of hydrooptical and hydrological characteristics at the coast of Crimea // Proceedings SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2019. С3–112084X. doi:10.1117/12.2540803Artamonov Yu.V., Latushkin A.A., Skripaleva E.A., Fedirko A.V. Rim Current manifestation in the climatic fields of hydro-optical and hydrological characteristics at the coast of Crimea. Proceedings SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 2019. С3–112084X. doi:10.1117/12.2540803

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