hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/ex1p-9vtp-phu8hydrophysics-721Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSСпектральные показатели поглощения света взвешенным веществом и растворенным органическим веществом в Азовском мореSpectral Light Absorption Coefficient of Particles and Colored Dissolved Organic Matter in the Sea of Azovhttps://orcid.org/0000-0002-0045-7284ЧуриловаТ. Я.ChurilovaT. Ya.

Чурилова Татьяна Яковлевна. Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель научно-исследовательского центра Геоматики 

WoS ResearcherID: O-8437-2016

Scopus AuthorID: 6603622802

elibrary AuthorID: 888565

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

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

tanya.churilova@ibss-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3908-4160ЕфимоваТ. В.EfimovaT. V.

Ефимова Татьяна Владимировна. Кандидат биологических наук, научный сотрудник 

WoS ResearcherID: X-1355-2019

Scopus AuthorID: 57194423783

elibrary AuthorID: 766926

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

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

tefimova@ibss-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1356-7981МоисееваН. А.MoiseevaN. A.

Моисеева Наталия Александровна. Научный сотрудник 

WoS ResearcherID: AAH-2819–2019

Scopus AuthorID: 57194431032

elibrary AuthorID: 959717

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

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

moiseeva@ibss-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3057-3964СкороходЕ. Ю.SkorokhodE. Yu.

Скороход Наталия Александровна. Младший научный сотрудник 

WoS ResearcherID: A-6831–2019

Scopus AuthorID: 57215009764

elibrary AuthorID: 1034485

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

299011, Nakhimov Pr, 2, Sevastopol

elenaskorokhod@ibss-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 Federation20221010202215373–83Copyright © Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А., Скороход Е.Ю., 20222022Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А., Скороход Е.Ю.Churilova T.Y., Efimova T.V., Moiseeva N.A., Skorokhod E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/721

Исследование было проведено на основе результатов измерения концентрации хлорофилла-а (TChl-a), спектральных показателей поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным веществом (NAP) и окрашенным растворенным органическим веществом (CDOM) в южной части Азовского моря в разные сезоны в период 2016–2020 гг. Получены новые для Азовского моря данные о вариабельности спектральных показателей поглощения света всеми оптически активными компонентами среды. Показана высокая (более чем на порядок) вариабельность всех исследованных показателей. В сезонной динамике TChl-a отмечены максимумы в зимнее и летнее время. Установлена связь между поглощением света фитопланктоном и TChl-a, которая описывается степенной зависимостью. Выявлены значительные сезонные различия (в два и более раза) между коэффициентами в уравнении параметризации поглощения света фитопланктоном. Выполнена параметризация поглощения света NAP и CDOM, установлены диапазоны вариабельности значений показателей поглощения света и экспоненциального наклона спектров, выявлена их сезонная динамика. Показано, что изменение показателей поглощения света NAP и CDOM в течение года имело обратный характер в сравнении с годовым циклом TChl-a. Увеличение показателей поглощения NAP и CDOM наблюдалось после цветения фитопланктона, когда величины TChl-a уменьшались. Относительный вклад фитопланктона, NAP и CDOM в общее поглощение света взвешенным и растворенным веществом на длине волны 440 значительно варьировал в течение года. Доля фитопланктона была максимальной зимой и летом, а весной и осенью максимальный вклад в поглощение приходился на CDOM и NAP.

The research was carried out based on the results of measuring the concentration of chlorophyll-a (TChl-a), spectral coefficient of light absorption by phytoplankton, non-algal particles (NAP) and colored dissolved organic matter (CDOM) in the southern part of the Sea of Azov in different seasons from 2016 to 2020. New data for the Sea of Azov on the variability of the spectral coefficient of light absorption by all optically active components have been obtained. A high (more than an order of magnitude) variability of all studied parameters was shown. The seasonal dynamics of TChl-a shows maxima in winter and summer. A relationship between the phytoplankton absorption and TChl-a has been revealed, which is described by a power function. Significant seasonal differences (two or more times) between the coefficients in the equation for parametrization of light absorption by phytoplankton were revealed. The NAP and CDOM light absorption were parametrized, the ranges of variability of the absorption 

coefficient and the exponential slope were revealed, and their seasonal dynamics was shown. Annual variability of absorption coefficient of NAP and CDOM was opposite to the annual cycle of TChl-a. The NAP and CDOM absorption coefficients increased after phytoplankton blooms, when TChl-a decreased. The relative contribution of phytoplankton, NAP, and CDOM to the total absorption by particles and dissolved matter at 440 nm varied significantly over the year. The share of phytoplankton was maximum in winter and summer, while in spring and autumn the maximum contribution to absorption was made by CDOM and NAP.

концентрация хлорофилла-аспектральный показатель поглощения светапигменты фитопланктонавзвешенное веществоокрашенное растворенное органическое веществоАзовское мореchlorophyll-a concentrationspectral light absorption coefficientphytoplankton pigmentsnon-algal particlescolored dissolved organic matterSea of AzovАвторы благодарны ведущему инженеру Землянской Е.А. за помощь в отборе и обработке проб. Исследование вариабельности спектральных биооптических показателей вод выполнено в рамках гранта РНФ № 22–27–00790.The study of the variability of the spectral biooptical indicators of waters was carried out within the framework of the Russian Science Foundation grant No. 22–27–00790.ReferencesГидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Азовское море / Под ред. Н.П. Гоптарева, А.И. Симонова, Б.М. Затучной, Д.Е. Гершановича. СПб.: Гидрометеоиздат, 1991, 235 с.Hydrometeorology and hydrochemistry of the seas of the USSR. The Sea of Azov / Edited by N.P. Goptarev, A.I. Simonov, B.M. Zatochnaya, D.E. Gershanovich. St. Petersburg, Hydrometeoizdat, 1991, 235 p. (In Russian).Матишов Г.Г. и др. Оценки концентрации хлорофилла а и первичной продукции в Азовском море с использованием спутниковых данных // Доклады Академии Наук. 2010. Т. 432, № 4. С. 563–566.Matishov G.G. et al. Satellite estimation of chlorophyll a concentration and phytoplankton primary production in the Sea of Azov. Doklady Biological Sciences. 2010, 432, 1, 216–219. doi:10.1134/S0012496610030142Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnology and Oceanography. 1977. Vol. 22. P. 709–722.Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color. Limnology and Oceanography. 1977, 22, 709–722.Сапрыгин В.В. Изучение распределения хлорофилла a в Азовском море по данным дистанционного зондирования Земли из космоса и результатам судовых измерений: Автореф. дисс. ММБИ КНЦ РАН. 2011, 125 с.Saprygin V.V. Studying the distribution of chlorophyll a in the Sea of Azov according to remote sensing data from space and the results of ship measurements: Abstract. diss. MMBI KNC RAS. 2011, 125 p. (In Russian).Чурилова Т.Я. и др. Спектральный подход к оценке скорости фотосинтеза фитопланктона в Черном море по спутниковой информации: методологические аспекты развития региональной модели // Журнал Сибирского федерального университета. 2016. Т. 9, № 4. С. 367–384. doi:10.17516/1997-1389-2016-9-4-367-384Churilova T. et al. Spectral Approach to Assessment of Phytoplankton Photosynthesis Rate in the Black Sea Based on Satellite Information: Methodological Aspects of the Regional Model Development. Journal of Siberian Federal University. Biology. 2016, 9, 4, 367–384 (In Russian). doi:10.17516/1997-1389-2016-9-4-367-384Kirk J. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. 3rd edition. UK: Cambridge University Press, 2011. 662 p.Kirk J. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. UK, Cambridge University Press, 2011.Markager S., Vincent W. Light absorption by phytoplankton: development of a matching parameter for algal photosynthesis under different spectral regimes // Journal of Plankton Research. 2001. Vol. 23, N 12. P. 1373–1384. doi:10.1093/plankt/23.12.1373Markager S., Vincent W. Light absorption by phytoplankton: development of a matching parameter for algal photosynthesis under different spectral regimes. Journal of Plankton Research. 2011, 23, 12, 1373–1384. doi:10.1093/plankt/23.12.1373Tilstone G.H. et al. Inherent optical properties of the Irish Sea and their effect on satellite primary production algorithms // Journal of Plankton Research. 2005. Vol. 27, N 11. P. 1127–1148. doi:10.1093/plankt/fbi075Tilstone G.H. et al. Inherent optical properties of the Irish Sea and their effect on satellite primary production algorithms. Journal of Plankton Research. 2005, 27, 11, 1127–1148. doi:10.1093/plankt/fbi075Churilova T. et al. Phytoplankton Bloom and Photosynthetically Active Radiation in Coastal Waters // Journal of Applied Spectroscopy. 2020. Vol. 86, N6. P. 1084–1091. doi:10.1007/s10812-020-00944-0Churilova T. et al. Phytoplankton Bloom and Photosynthetically Active Radiation in Coastal Waters. Journal of Applied Spectroscopy. 2020, 86, 6, 1084–1091. doi:10.1007/s10812-020-00944-0Churilova T. et al. Light absorption by phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter in the Sea of Azov in January and April 2016 // Proc. 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2018. P. 108336M. doi:10.13140/RG.2.2.24933.91366Churilova T. et al. Light absorption by phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter in the Sea of Azov in January and April 2016 // Proc. 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 2018. P. 108336M. doi: 10.1117/12.2505415Neeley A. et al. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation. Canada: IOCCG, 2018. V 1.0.Neeley A. et al. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation. Canada: IOCCG, 2018. V 1.0.Ведерников В.И. Первичная продукция в Черном море в летне-осенний период. Структура и продукционные характеристики планктонных сообществ Черного моря. М.: Наука, 1989. С. 65–83.Vedernikov V.I. Primary production in the Black Sea in the summer-autumn period. Structure and production characteristics of plankton communities of the Black Sea. M., Nauka, 1989, 65–83 (In Russian).Ковалева Г.В. Фитопланктон Азовского моря и прилегающих водоемов. Азовское море в конце XX-начале XXI веков: геоморфология, осадконакопление, пелагические сообщества. Апатиты: КНЦ РАН, 2008. С. 134–223.Kovaleva G.V. Phytoplankton of the Sea of Azov and adjacent water bodies. The Sea of Azov at the end of XX-beginning of XXI centuries: geomorphology, sedimentation, pelagic communities. Apatity, KNTs RAN, 2008, 134–223 (In Russian).Morel A., Bricaud А. Theoretical results concerning light absorption in a discrete medium, and application to specific absorption of phytoplankton // Deep-Sea Research. 1981. Vol. 28, N11. P. 1375–1393.Morel A., Bricaud А. Theoretical results concerning light absorption in a discrete medium, and application to specific absorption of phytoplankton. Deep-Sea Research. 1981, 28, 11, 1375–1393.Финенко З.З., Хофнер Н., Вильямс Р., Пионтковский С.А. Действие света, температуры и биогенных элементов на отношение углерод фитопланктона: хлорофилл а // Морской экологический журнал. 2003. Т. 2, № 2. P. 40–64.Finenko Z.Z., Hoepffner N., Williams R., Piontkovski S.A. Phytoplankton carbon to chlorophyll a rario: response to light, temperature and nutrient limitation. Morskoy Ekologicheskiy Zhurnal. 2003, 2, 2, 40–64 (In Russian).Suslin V.V., S.N. Korolev, A.A. Kucheryaviy, T. Ya. Churilova, O.V. Krivenko. 21st International Symposium Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, November 19, 2015, (2015), doi:10.1117/12.2203660Suslin V.V., S.N. Korolev, A.A. Kucheryaviy, T. Ya. Churilova, O.V. Krivenko. 21st International Symposium Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, November 19, 2015, (2015), doi:10.1117/12.2203660MacIntyre H.L. et al. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria 1 // Journal of Phycology. 2002. Vol. 38. P. 17–38. doi:10.1046/j.1529–8817.2002.00094.xMacIntyre H.L. et al. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae and cyanobacteria. Journal of Phycology. 2002, 38, 17–38. doi:10.1046/j.1529–8817.2002.00094.xRoesler C.S. et al. Modeling in situ phytoplankton absorption from total absorption spectra in productive inland marine waters // Limnology and Oceanography.1989. Vol. 34, N 8. P. 1510–1523.Roesler C.S. et al. Modeling in situ phytoplankton absorption from total absorption spectra in productive inland marine waters. Limnology and Oceanography. 1989, 34, 8, 1510–1523.Nelson J.R., Guarda S. Particulate and dissolved spectral absorption on the continental shelf of the southeastern United States // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100, N C5. P. 8715–8732. doi:10.1029/95JC00222Nelson J.R., Guarda S. Particulate and dissolved spectral absorption on the continental shelf of the southeastern United States. Journal of Geophysical Research. 1995, 100, C5, 8715–8732. doi:10.1029/95JC00222Bowers D.G. et al. Absorption spectra of inorganic particles in the Irish Sea and their relevance to remote sensing of chlorophyll // International Journal of Remote Sensing. 1996. Vol. 17, N 12. P. 2449–2460. doi:10.1080/01431169608948782Bowers D.G. et al. Absorption spectra of inorganic particles in the Irish Sea and their relevance to remote sensing of chlorophyll. International Journal of Remote Sensing. 1996, 17, 12, 2449–2460. doi:10.1080/01431169608948782Babin M. et al. Variations in the light absorption coefficients of phytoplankton, nonalgal particles, and dissolved organic matter in coastal waters around Europe // Journal of Geophysical Research. 2003. Vol. 108, N C7. P. 3211. doi:10.1029/2001JC000882Babin M. et al. Variations in the light absorption coefficients of phytoplankton, nonalgal particles, and dissolved organic matter in coastal waters around Europe. Journal of Geophysical Research. 2003, 108, C7, 3211. doi:10.1029/2001JC000882Bricaud A. et al. Absorption by dissolved organic matter of the sea (yellow substance) in the UV and visible domains // Limnology and Oceanography. 1981. Vol. 26, N 1. P. 43–53.Bricaud A. et al. Absorption by dissolved organic matter of the sea (yellow substance) in the UV and visible domains. Limnology and Oceanography. 1981, 26, 1, 43–53.Carder K.L. et al. Marine humic and fulvic acids: Their effects on remote sensing of ocean chlorophyll // Limnology and Oceanography. 1989. Vol. 34, N 1. P. 68–81.Carder K.L. et al. Marine humic and fulvic acids: Their effects on remote sensing of ocean chlorophyll. Limnology and Oceanography.1989, 34, 1, 68–81.Hansell D.A., Carlson C.A. Biogeochemistry of marine dissolved organic matter. Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014.Hansell D.A., Carlson C.A. Biogeochemistry of marine dissolved organic matter. Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014.Чурилова Т.Я. и др. Спектральные биооптические показатели вод и продуктивность фитопланктона в прибрежных водах Черного моря // Труды XI Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод» с международным участием (Санкт-Петербург, 29.09.2021–01.10.2021). СПб.: Химиздат, 2021. С. 88–93.Churilova T. Ya. et al. Spectral optical indicators of waters and phytoplankton productivity in the coastal waters of the Black Sea. Proceedings of the XI International conference «Current Problems in Optics of Natural Waters» (ONW’2021) (St. Petersburg, 29.09.2021–01.10.2021). St. Petersburg, Khimizdat, 2021, 88–93 (In Russian).

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