hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S207366732002001Xhydrophysics-96Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESВлияние толщины, состояния поверхности льда и концентрации фитопланктона на подлёдную освещённость вод залива Петра Великого Японского моря по наблюдениям 2010–2016 гг.Influence of thickness, state of the ice surface and concentration of phytoplankton on the subglacial illumination of Peter the Great Bay of the Sea of Japan on observation 2010–2016ЗахарковС. П.ZakharkovS. P.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

zakharkov@poi.dvo.ruЛазарюкА. Ю.LazaryukA. Yu.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

ГордейчукТ. Н.GordeychukT. N.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

ШтрайхертЕ. А.ShtraikhertE. A.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНРоссияV. I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute FEB RASRussian Federation202001122021132515Copyright © Захарков С.П., Лазарюк А.Ю., Гордейчук Т.Н., Штрайхерт Е.А., 20212021Захарков С.П., Лазарюк А.Ю., Гордейчук Т.Н., Штрайхерт Е.А.Zakharkov S.P., Lazaryuk A.Y., Gordeychuk T.N., Shtraikhert E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/96

Получены и проанализированы данные по надледной и подледной освещенности почти в двухстах экспериментах, проведенных на 60 станциях в прибрежных районах залива Петра Великого (Японское море) во время устойчивого ледостава с января по март 2010–2016 гг. Измерения осуществляли со льда на гидрологических станциях с помощью автономного зондирующего комплекса SBE-19plus (Sea-Bird Eleсtroniсs. Inс., США). Ослабление освещенности оценивали в двух двухметровых слоях по коэффициентам: К20 — (логарифм отношения ФАР2/ФАР0 — «лёд+подлёдная вода») и К42 — Lg(ФАР4/ФАР2) — в слое воды между горизонтами 2 и 4 м. Было установлено влияние «эффекта лунки» на измерения подледной освещенности. Показано, что «эффект лунки» не проявлялся на глубинах ниже 2 м. Выявлена обратная зависимость подледной освещенности от толщины льда и снежного покрова на его поверхности. При проведении эксперимента в один день (нами было выбрано 11.03.2010 г.), ослабление освещенности было прямо пропорционально толщине льда. Коэффициент детерминации был положительным и значимым. В случае вычисления коэффициента детерминации между этими параметрами в течение всей зимы, он был недостоверным. Предполагается, а затем и подтверждается, что на связь освещенности и толщины льда накладываются другие факторы, в частности, концентрации фитопланктона в подледном слое. Использование дистанционных методов исследования позволило заключить, что средних по сезону значений освещенности в исследуемом регионе достаточно для развития фитопланктона подо льдом.

In the coastal areas of Peter the Great Bay (the Sea of Japan), the influence of ice thickness, snow cover on its surface, and the concentration of chlorophyll a in the layer under ice on the value of subglacial illumination at 60 hydrological stations from January to March 2010–2016 was studied. Deglacial illumination was determined using remote sensing methods, which allowed us to conclude that the seasonal averages of illumination in the studied region are sufficient for the development of phytoplankton under ice. The influence of a hole for measuring parameters under ice on subglacial illumination is estimated. It was shown that the “hole effect” did not appear at depths below 2 m. Measurements were performed from ice at hydrological stations using the autonomous probing system SBE-19plus (Sea-Bird Electrons. Inc., USA). The attenuation of illumination was evaluated in two two-meter layers by the coefficients: K20 — (logarithm of the ratio PAR2/PAR0 — “ice+ice water”) and K42 — Lg (PAR4/ PAR2) — in the water layer between horizons of 2 and 4 m. A direct relationship was established between the weakening of the illumination and the thickness of the ice in the case of an experiment in one day (03.11.2010). The coefficient of determination was positive and significant. If we compare these parameters throughout the winter period, a meaningful relationship could not be established. Presumably, other factors are superimposed on the relationship between illumination and ice thickness. We have confirmed that one of these factors is the concentration of chlorophyll-a in the subglacial layer of water. The daytime interval was also revealed when the subglacial illumination does not feel much dependence on the deglacial illumination.

надледная освещенностьподледная освещенностькоэффициент ослабления освещенноститолщина льдаконцентрация хлорофилла-адистанционные методыdeglacial illuminationsubglacial illuminationlight attenuation coefficientice thicknesschlorophyll-a concentrationremote sensing methodsРабота выполнена по госбюджетным темам AAAA-A17–1170301100330 и AAAA-A17–117030110042–2.ReferencesEicken H., Bluhm B.A., Collins R.E., Gradinger R.R. et al. Field Techniques in Sea-Ice Research in Cold Regions // Science and Marine Technology, [Ed. H. Shen], in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Paris, France, 2014. URL: http://www.eolss.net.Eicken H., Bluhm B.A., Collins R.E., Gradinger R.R. et al. Field Techniques in Sea-Ice Research in Cold Regions. Science and Marine Technology [Ed. H. Shen], in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Paris, France, 2014. URL: http://www.eolss.net.Untersteiner N. On the mass and heat budget of Arctic sea ice // Archiv fur Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie. 1961. Ser. A, Bd. 12, Ht. 2. P. 151–182.Untersteiner N. On the mass and heat budget of Arctic sea ice. Archiv fur Meteorologie, Geophysik und Bioklimatologie. 1961, Ser. A, Bd. 12, Ht. 2, 151–182.Thomas C.W. On the transfer of visible radiation through sea ice and snow // Journal of Glaciology. 1963. V. 4, N34. P. 481–484.Thomas C.W. On the transfer of visible radiation through sea ice and snow. Joumal of Glaciology. 1963, 4, 34, 481–484.Черниговский Н.Т. Радиационные свойства ледяного покрова центральной Арктики // Труды Арктического и Антарктического научно-исследовательского института. 1963. Т. 253. С. 249–260.Chernigovskiy N.T. Radiational properties of the ice cover of the Central Arctic. Proceedings of the Arctic and Antarctic Research. 1963, 253, 249–260 (in Russian).Weller G.E. Radiation diffusion in Antarctic ice media // Nature. 1969. V. 221, N5178. P. 355–356.Weller G.E. Radiation diffusion in Antarctic ice media. Nature. 1969, 221, 5178, 355–356.Weller G.E., Schwerdtfeger P. Radiation penetration in Antarctic plateau and sea ice // Polar meteorology. World Meteorological Organization Technical Note. 1967. N87. P. 120–141.Weller G.E., Schwerdtfeger P. Radiation penetration in Antarctic plateau and sea ice. Polar meteorology. World Meteorological Organization Technical Note. 1967, 87, 120–141.Маршунова М.С. Основные закономерности радиационного баланса подстилающей поверхности и атмосферы в Арктике // Труды Арктического и Антарктического научно-исследовательского института. 1961. Т. 229. С. 5–53.Marshunova M.S. Principal characteristics of the radiation balance of the underlying surface and of the atmosphere in the Arctic. Proceedings of the Arctic and Antarctic Research. 1961, 229, 5–53 (in Russian).Брязгин Н.Н., Коптев А.П. О спектральном альбедо снежно-ледяного покрова // Проблемы Арктики и Антарктики. 1969. Т. 31. С. 79–83.Bryazgin N.N., Koptev A.P. Spectral albedo of snow — ice cover. Problems of the Arctic and Antarctic. 1969, 31, 79–83 (in Russian).Grenfell T.C., Maykut G.A. The optical properties of ice and snow in the Arctic Basin // Journal of Glaciology. 1977. V. 18, N 80. P. 445–463.Grenfell T.C., Maykut G.A. The optical properties of ice and snow in the Arctic Basin. Journal of Glaciology. 1977, 18, 80, 445–463.Ривьер И.К. Особенности планктоценозов озер в разные экологические периоды (подледный и открытой воды) // Труды ИБВВ РАН. 2016. Т. 77, вып. 74. С. 59–75.Riviere I.K. Peculiarities of planktocenoses of lakes in different ecological periods (under-ice and open water). Transactions of IBVV RAS. 2016, 74, 77, 59–75 (in Russian).Ерина О.Н., Пуклаков В.В., Соколов Д.И., Гончаров А.В. Подледное цветение фитопланктона в Можайском водохранилище // Экологический сборник 7: Труды молодых ученых. Всероссийская (с международным участием) молодежная научная конференция. 2019. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/podlednoe-tsveteniefitoplanktona-v-mozhayskom-vodohranilische (дата обращения: 07.08.2019). КиберЛенинка: https://cyberleninka.ru/article/n/podlednoe-tsvetenie-fitoplanktona-v-mozhayskom-vodohranilische.Erina O.N., Puklakov V.V., Sokolov D.I., Goncharov A.V. Ice flowering of phytoplankton in the Mozhaisk reservoir. Ecological collection 7: Proceedings of young scientists. All-Russian (with international participation) youth scientific conference. 2019, 1, URL: https://cyberleninka.ru/article/n/podlednoe-tsvetenie-fitoplanktona-v-mozhayskom-vodohranilische (date of access: 08.07.2019). CyberLenink: https://cyberleninka.ru/article/n/podlednoe-tsvetenie-fitoplanktona-v-mozhayskom-vodohranilische (in Russian).Звалинский В.И., Марьяш А.А., Стоник И.В., Швецова М.Г., Сагалаев С.Г., Бегун А.А., Тищенко П.Я. Продукционные и гидрохимические характеристики льда, подледной воды и донных осадков эстуария реки Раздольной (Амурский залив, Японское море) в период ледостава // Биология моря. 2010. Т. 36, № 3. С. 186–195.Zvalinsky V.I., Maryash A.A., Stonik I.V., Shvetsova M.G., Sagalaev S.G., Begun A.A., Tishchenko P.Ya. Production and hydrochemical characteristics of ice, subglacial water and bottom sediments of the estuary of the Razdolnaya river (Amur Bay, Sea of Japan) during the period of freezing. Sea Biology. 2010, 36, 3, 186–195 (in Russian).Orlova T.Y., Efimova K.V., Stonik I.V. Morphology and molecular phylogeny of Pseudohaptolina sorokinii sp. nov. (Prymnesiales. Haptophyta) from the Sea of Japan. Russia // Phycologia. 2016. V. 55, N5. P. 506–514. doi: 10.2216/15–107.1Orlova T.Y., Efimova K.V., Stonik I.V. Morphology and molecular phylogeny of Pseudohaptolina sorokinii sp. nov. (Prymnesiales. Haptophyta) from the Sea of Japan. Russia. Phycologia. 2016, 55, 5, 506–514. doi: 10.2216/15–107.1Kevin R.A., Perovich D.K., Pickart R.S. et al. Massive Phytoplankton Blooms Under Arctic Sea Ice // Science. 2012. V. 336. P. 1408.Kevin R.A., Perovich D.K., Pickart R.S. et al. Massive Phytoplankton Blooms Under Arctic Sea Ice. Science. 2012, 336, 1408.Стоник И.В. Фитопланктон Амурского залива (Японское море) в условиях евтрофирования: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток: ИБМ ДВО РАН, 1999. 26 с.Stonik I.V. Phytoplankton of the Amur Bay (Sea of Japan) under eutrophication: Abstract. dis. cand. biol. sciences. Vladivostok, IBM FEB RAS, 1999. 26 p (in Russian).Паутова Л.А., Силкин В.А. Зимний фитопланктон северо-западной части Японского моря. Некоторые закономерности формирования структуры фитоцена в прибрежном мелководье // Океанология. 2000. Т. 40, № 4. С. 553–561.Pautova L.A., Silkin V.A. Winter phytoplankton of the northwestern part of the Sea of Japan. Some regularities of the formation of the phytocene structure in shallow coastal water. Oceanology. 2000, 40, 4, 553–561 (in Russian).Захарков С.П., Лобанов В.Б., Гордейчук Т.Н., Морозова Т.В., Штрайхерт Е.А. Пространственная изменчивость хлорофилла «а» и видового состава фитопланктона в северо-западной части Японского моря в зимний период // Океанология. 2012. Т. 52, № 3. С. 381–391.Zakharkov S.P., Lobanov V.B., Gordeychuk T.N., Morozova T.V., Shtraikhert E.A. Spatial variability of the chlorophyll a and the specific structure of the phytoplankton in the northwestern part of the Sea of Japan during the winter period. Oceanology. 2012, 52, 3, 354—363.Рубин А.Б. Биофизика фотосинтеза и методы экологического мониторинга // Технология живых систем. 2005. Т. 2. С. 47.Rubin A.B. Biophysics of photosynthesis and environmental monitoring methods. Tekhnologii Zhivykh Sistem. 2005, 2, 47 (in Russian).Ильяш Л.В., Запара Е.В. Конкуренция двух морских диатомовых водорослей за азот мочевины и нитратов при трех уровнях освещенности // Журн. общ. биол. 2006. Т. 67, № 6. С. 464–475.Ilyash L.V., Zapara E.V. Competition of two marine diatoms for urea nitrogen and nitrates at three levels of illumination. Zhurnal Obschey Biologii. 2006, 67, 6, 464–475 (in Russian).Международная символика для морских ледовых карт и номенклатура морских льдов. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.International symbols for sea ice charts and nomenclature of sea ice. Leningrad, Gidrometeoizdat, 1984 (in Russian).Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. 510 с.Johnson N., Lyon F. Statistics and experimental design in engineering and science: Data processing methods. Moscow, Mir, 1980. 510 p (in Russian).Захарков С.П., Шамбарова Ю.В., Гордейчук Т.Н., Стоник И.В., Штрайхерт Е.А. Возможность использования данных зонда SBE для калибровки спутниковых данных концентрации хлорофилла А в Японском море // Известия ТИНРО. 2014. Т. 177. С. 209–218.Zakharkov S.P., Shambarova Yu.V., Gordeychuk T.N., Stonik I.V., Shtraikhert E.A. The possibility of using SBE probe data for calibration of satellite data on the concentration of chlorophyll A in the Sea of Japan. Izvestiya TINRO. 2014, 177, 209–218 (in Russian).

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