Межгодовые изменения биооптических характеристик поверхностного слоя морей, окружающих западную часть России, по данным спутниковых сканеров цвета

Представлены результаты анализа межгодовых изменений среднемесячных значений биооптических характеристик поверхностного слоя вод Баренцева, Карского, Белого, Балтийского, Черного и Каспийского морей за период 1998–2018 годы, рассчитанных по данным спутниковых сканеров цвета.
В качестве основных рассматриваются концентрация хлорофилла и показатель рассеяния назад взвешенными частицами, характеризующие изменчивость содержания фитопланктона и взвешенного вещества; привлекаются и другие характеристики, в частности, показатель поглощения окрашенного органического вещества как индикатор речного стока, также параметры, характеризующие цветения массовых видов фитопланктона, таких как кокколитофоридные цветения в Баренцевом и Черном морях, сине-зеленых водорослей в Балтийском. Большинство биооптических характеристик рассчитаны с помощью региональных алгоритмов, выведенных на основе данных натурных измерений, выполненных в исследуемых морях и учитывающих региональные особенности этих морей. В качестве параметра, характеризующего климатические изменения, приведены среднемесячные значения температуры поверхности моря по данным спутникового сканера MODIS-Aqua.
Статья содержит два основных раздела: в первом представлены данные об изменениях, происшедших в вышеуказанных морях в 2016–2018 гг., в сравнении с наблюдавшимися экстремальными значениями биоптических характеристик; во втором разделе дана систематизация и анализ экстремальных изменений характеристик за весь период наблюдений. Выполненный анализ показал, что в последние годы происходят значительные изменения, связанные в большинстве случаев с цветениями фитопланктона. Рекордный размах межгодовых изменений зарегистрирован в южной части Каспийского моря в июле 2001 г. после вселения гребневика Mnemiopsis — концентрация хлорофилла выросла более чем на порядок. Другой фактор, обусловливающий рекордную изменчивость биооптических характеристик, — речной сток.
Полученные результаты впервые дали количественные представления о происшедших изменениях биооптических характеристик в период 1998–2018 гг. в шести морях, различных по своим природным условиям, и создали основу для дальнейшего анализа, направленного на выявление процессов и факторов, обусловивших эти изменения.

1. Копелевич О.В., Салинг И.В., Вазюля С.В., Глуховец Д.И., Шеберстов С.В., Буренков В.И., Каралли П.Г., Юшманова А.В. Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины России, по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2017 гг. М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2018. 140 с.

2. Электронный атлас. URL: http://optics.ocean.ru / (дата обращения: 01.03.2020).

3. Ocean Color Browse. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/browse.pl (дата обращения: 17.04.2020).

4. Копелевич О.В., Вазюля С.В., Салинг И.В., Шеберстов С.В., Буренков В.И. Электронный атлас «Биооптические характеристики морей России по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2014 гг.» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 6. С. 99–110.

5. Kопелевич О.В., Шеберстов С.В., Салинг И.В., Вазюля С.В., Буренков В.И. Сезонная и межгодовая изменчивость биооптических характеристик вод поверхностного слоя Баренцева, Белого, Черного и Каспийского морей по спутниковым данным // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, N 1. С. 7–16.

6. Копелевич О.В., Артемьев В.А. Сравнение биооптических характеристик Балтийского, Норвежского и Баренцева морей — лето 2016 г. (65-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2017. Т. 57, № 2. С. 374–376.

7. Копелевич О.В., Вазюля С.В., Григорьев А.В., Храпко А.Н., Шеберстов С.В., Салинг И.В. Проникновение солнечной радиации видимого диапазона в воды Баренцева моря в зависимости от облачности и кокколитофоридных цветений // Океанология. 2017. Т. 57, № 3. С. 445–453. doi:10.7868/S0030157417020095

8. Копелевич О.В., Каралли П.Г., Лохов А.С., Салинг И.В., Шеберстов С.В. Перспективы улучшения точности оценки параметров кокколитофоридных цветений в Баренцевом море по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 7. С. 267–279.

9. Osadchiev A.A., Izhitskiy A.S., Zavialov P.O., Kremenetskiy V.V., Polukhin A.A., Pelevin V.V., Toktamysova Z.M. Structure of the buoyant plume formed by Ob and Yenisei river discharge in the southern part of the Kara Sea during summer and autumn // J. Geophys. Res. Oceans. 2017. V. 122, N 7. P. 5916–5935.

10. Vazyulya S., Khrapko A., Kopelevich O., Burenkov V., Eremina T., Isaev A. Regional algorithms for the estimation of chlorophyll and suspended matter concentration in the Gulf of Finland from MODIS-Aqua satellite data // Oceanologia. 2014. V. 56, N 4. P. 1–19.

11. Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Sheberstov S.V., Vazulya S.V., Sahling I.V. Coccolithophore Blooms in the North-Eastern Black Sea // Proceedings of the Twelfth International Conference on the Mediterranean Coastal Environment, MEDCOAST 15, 06–10 October 2015, Varna, Bulgaria, MEDCOAST, Mediterranean Coastal Foundation, Dalyan, Mugla, Turkey, 2015. V. 1. P. 363–374.

12. Yushmanova A., Kopelevich O., Vazyulya S., and Sahling I. Inter-Annual Variability of the Seawater Light Absorption in Surface Layer of the Northeastern Black Sea in Connection with Hydrometeorological Factors // J. Mar. Sci. Eng. 2019. N 7. P. 326. doi:10.3390/jmse7090326

13. Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Ershova S.V., Sheberstov S.V., Evdoshenko M.A. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian Seas // Deep-Sea Research II 51. 2004. P. 1063–1091.

14. Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Sheberstov S.V. Case Studies of Optical Remote Sensing in the Barents Sea, Black Sea, and Caspian Sea // Remote Sensing of the European Seas, Vittorio Barale, Martin Gade, (Eds.), Springer, 2008, P. 53–66.

15. Shiganova T.A., Dumont H.J., Sokolsky A.T., Kamakin A.H., Tinenkova D., Kurasheva E. Population dynamics of Mnemiopsis leidyi in the Caspian Sea, and effects on the Caspian ecosystem // Aquatic Invasions in the Black, Caspian, and Mediterranean Seas: The Ctenophores Mnemiopsis leidyi and Beroe in the Ponto-Caspian and other Aquatic Invasions. Springer, Dordrecht. 2004. P. 71–111.

16. Kopelevich O.V., Sheberstov S.V. Assessment of Interannual Variability of Surface Chlophyll and Seawater Temperature in the Atlantic Ocean from Satellite Data // Proceedings of IV International Conference “Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2007)”. Nizhny Novgorod. 2007. P. 161–165.

17. Шеберстов С.В., Копелевич О.В., Лукьянова Е.А. Анализ межгодовых трендов температуры поверхности и концентрации хлорофилла в Атлантическом океане по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8, № 4. С. 274–282.

18. Копелевич О.В., Шеберстов С.В. Оценка по спутниковым данным межгодовых и сезонных изменений температуры и концентрации хлорофилла в поверхностном слое в период 1998–2008 гг. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 1. С. 238–247.

19. Sathyendranath S., Brewin R.J.W., Brockmann C. et al. An Ocean-Colour Time Series for Use in Climate Studies: The Experience of the Ocean-Colour Climate Change Initiative (OC–CCI). Sensors 2019, 19, 4285; doi:10.3390/s19194285

20. Kostianoy A.G. Satellite monitoring of climatic parameters of the ocean. Part 1 // Fundamental and Applied Climatology. 2017a. V. 2. P. 27–49.

21. Kostianoy A.G. Satellite monitoring of climatic parameters of the ocean. Part 2 // Fundamental and Applied Climatology. 2017b. V.3. P. 57–83

22. Kopelevich O.V., Kostianoy A.G. The use of bio-optical parameters of the ocean derived from satellite data as essential climate variables // Fundamental and Applied Climatology. 2018. V. 3. P. 8–29.