Спектральные показатели поглощения света взвешенным веществом и растворенным органическим веществом в Азовском море

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.

1. Гидрометеорология 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.

2. 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.

3. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnology and Oceanography. 1977. Vol. 22. P. 709–722.

4. 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.

5. 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:10.17516/1997-1389-2016-9-4-367-384

6. Kirk J. Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. 3rd edition. UK: Cambridge University Press, 2011. 662 p.

7. 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/23.12.1373

8. Tilstone 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/fbi075

9. Churilova 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/s10812-020-00944-0

10. Churilova 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.2.2.24933.91366

11. Neeley A. et al. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation. Canada: IOCCG, 2018. V 1.0.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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:10.1117/12.2203660

17. MacIntyre 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.x

18. Roesler 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.

19. 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:10.1029/95JC00222

20. Bowers 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:10.1080/01431169608948782

21. Babin 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:10.1029/2001JC000882

22. Bricaud 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.

23. 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.

24. Hansell D.A., Carlson C.A. Biogeochemistry of marine dissolved organic matter. Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014.

25. 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.