Влияние апвеллинга на распределение хлорофилла a в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики в летний период 2000–2019 годов

Полный текст

Введение

Апвеллинг – нередкое явление, которое по средним многолетним оценкам прослеживается в течение ~ 10% дней в теплый период года в мелководных районах акватории Юго-Восточной Балтики (ЮВБ) [1–3]. В среднем на акватории за летний сезон 2000–2019 гг. наблюдается четыре апвеллинга суммарной продолжительностью > 20 дней при средней площади зоны апвеллинга ~ 620 км². Соответственно, апвеллинг несомненно является важным механизмом транспорта биогенных элементов в поверхностный слой [4, 5], что оказывает влияние на биопродуктивность прибрежных районов ЮВБ, одним из индикаторов которой является концентрация основного пигмента фитопланктона – хлорофилла а. Отметим, что его изменчивость может быть изучена в широком диапазоне пространственных и временных масштабов с использованием данных спутниковых наблюдений.

Прибрежный апвеллинг в летний период в первые несколько дней своего развития сгоняет поверхностные воды от берега, вследствие чего в прибрежной зоне наблюдается уменьшение содержания фитопланктона и его основной характеристики – концентрации хлорофилла а [6, 7]. Со стабилизацией процесса апвеллинга в течение нескольких дней наблюдается рост первичной продукции, связанный с развитием фитопланктонных сообществ, вызванным поднятием в эвфотическую зону биогенных веществ и повышением температуры [8–13]. Далее отмечается снижение первичной продукции, связанное с быстрым, в течение одной-двух недель, потреблением поднятых к поверхности биогенных веществ [14]. При этом в Балтийском море в результате апвеллинга может изменяться соотношение азот : фосфор, что может влиять на состав фитопланктонных сообществ [8, 15]. Иногда апвеллинг может приводить к понижению продуктивности района, например в случае, если поднятые воды замещают воду, поступающую со стоком рек или заливов [4, 6], или при устойчивом и частом его появлении в одном и том же районе [16, 17].

На концентрацию хлорофилла а в ходе апвеллинга влияют также биотические факторы и сезонный ход вертикальной структуры вод, связанный с изменением градиента и положения термоклина и нутриклина [4, 18]. Так, в ЮВБ в июне, после весеннего «цветения» воды при массовом развитии водорослей в результате обеднения поверхностных вод биогенными элементами, наступает стадия летнего минимума биомассы фитопланктона. В июле температура поверхности моря (ТПМ) становится выше, формируется ярко выраженный приповерхностый термоклин (что провоцирует массовое развитие азотфиксирующих цианобактерий) и концентрация хлорофилла а достигает пиковых значений; в августе в прибрежной зоне она снижается [19].

Необходимо отметить, что наибольшие концентрации хлорофилла а, по данным спутниковых радиометров, в исследуемом регионе наблюдаются в прибрежной зоне от м. Таран до побережья Куршской косы, где они достигают эвтрофного уровня (> 4 мг/м³) [19], что частично пересекается с областями максимальной многолетней повторяемости апвеллингов в районе плато Рыбачий и около м. Таран [2]. При этом работы, посвященные вопросу оценки влияния апвеллингов на изменчивость концентрации фитопланктона в ЮВБ, основаны преимущественно на весьма редких по пространству контактных наблюдениях [14] или на рассмотрении отдельных случаев, иллюстрирующих возможности спутниковых методов исследования [20], хотя эти сведения, обобщенные за многолетний период, важны для решения практических задач в области рекреации и оценки изменения экологического состояния прибрежной зоны.

Использование данных дистанционного зондирования позволяет проводить широкомасштабные наблюдения за распределением и изменчивостью концентрации хлорофилла а [21], в том числе под влиянием апвеллинга [6, 22, 23]. Основные преимущества последних – мгновенная съемка обширных акваторий и высокое пространственное разрешение. Тем не менее следует иметь в виду, что среднегодовая облачность Балтийского моря составляет > 58% [24]. В присутствии облаков спутниковые данные в оптическом диапазоне, даже получаемые на регулярной основе, весьма фрагментарны. В таких условиях целесообразен мониторинг концентрации хлорофилла а не по всему району, а на отдельных профилях аналогично тому, как это было сделано в работах [23, 25].

Текущее исследование нацелено на получение оценок влияния прибрежного апвеллинга на распределение хлорофилла а в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики за прошедшие две декады ХХI в.

Материалы и методы

Исходными данными для анализа взаимосвязи апвеллингов и хлорофилла а в ЮВБ стали даты и районы апвеллингов за июнь – август 2000–2019 гг. в прибрежной зоне ЮВБ из [26] и ежесуточные данные мультисенсорных спутниковых наблюдений (объединенные данные сенсоров MERIS/ENVISAT, MODIS/AQUA, SeaWiFS/SEASTAR и VIIRS/SUOMI-NPP) концентрации хлорофилла а (мг/м³) на регулярной сетке с размером ячейки 1 × 1 км в поверхностном слое Балтийского моря ^[1].

Анализ пространственной и внутрисезонной изменчивости повторяемости апвеллингов и хлорофилла а в ЮВБ. Для описания внутрисезонной пространственной изменчивости повторяемости апвеллингов, ТПМ и хлорофилла а в ЮВБ были построены осредненные карты этих параметров за 2000–2019 гг. помесячно и за летний сезон для акватории, показанной на рис. 1. Концентрации хлорофилла а рассчитывались помесячно и за летний сезон в тех ячейках, в которых наблюдалось > 25% значений за рассматриваемый период. Повторяемость апвеллинга оценивалась как количество дней с наблюдаемой отрицательной температурной аномалией, полученных в заданной ячейке по методике из работы [2] за месяц или за сезон.

Влияние апвеллингов на концентрацию хлорофилла а в Юго-Восточной Балтике. Для каждого выделенного подъема глубинных вод с использованием программного обеспечения Quantum GIS были построены профили изменчивости хлорофилла а длиной ~ 20 км, что примерно соответствовало прибрежным изобатам от 0 до 30–75 м. Всего вдоль побережья построены 9 профилей, расположенных по нормали к берегу с интервалом (в зависимости от конфигурации берега) 7–30 км между ними (рис. 1). Выбор положения профилей был проведен с учетом районов с наибольшей повторяемостью апвеллингов из [2, 26]. Значения хлорофилла а на профилях были получены из ежедневых карт данных мультисенсорных спутниковых наблюдений. Для каждого события апвеллинга отбирался для анализа один из профилей, наиболее обеспеченный данными по хлорофиллу а в течение рассматриваемого периода, путем наложения на единую географическую основу обоих исследуемых параметров.

 

Р и с. 1. Район исследования (в желтой рамке), изобаты через каждые 10 м (синие кривые) 2 и профили, использованные при анализе изменчивости хлорофилла а на поверхности моря (черные штриховые линии)

F i g. 1. Study area (yellow box), isobaths in each 10 m (blue curves) 2, and profiles used in the analysis of chlorophyll a variability on the sea surface (dashed black lines)

 

На выбранном профиле отмечались зоны апвеллинга из [2, 26], что позволило рассчитать значения концентрации хлорофилла а (мг/м³) в этой зоне и вне ее. Дополнительно были выполнены оценки средних значений указанной характеристики по всему профилю до, во время и после апвеллинга. Для получения удовлетворительной обеспеченности данными по хлорофиллу а до и после апвеллинга в анализ включались данные, входящие во временной интервал до 7 дней, за исключением случаев выхода событий за рассматриваемый летний сезон или отсутствия данных. Всего был исследован 31 период с апвеллингом общей продолжительностью 590 дней (для случаев продолжительностью 1–42 дня). Оценивались влияние продолжительности апвеллингов на изменение концентрации хлорофилла а, а также их вклад в ее внутрисезонный ход и многолетнюю изменчивость.

Результаты

Анализ внутрисезонной изменчивости повторяемости апвеллингов и хлорофилла а в ЮВБ. На карте ТПМ районы северного побережья Куршской косы и западного побережья Калининградского п-ова четко выделяются по более низким температурам (ниже на 0,5–1°C), чем в целом в прибрежной зоне (рис. 2). В зависимости от частоты апвеллингов в летний период в прибрежной акватории выделяются несколько районов: северное побережье Калининградского п-ова и западная часть Вислинской косы, где апвеллинг наблюдается до трех дней в месяц; район у м. Таран и южная часть Куршской косы, где апвеллинг наблюдается 3–4 дня в месяц; западное побережье Калининградского п-ова и северная часть Куршской косы, где апвеллинг наблюдается более четырех дней в месяц.

 

Р и с. 2. Средние за летний сезон 2000–2019 гг.: значения ТПМ (°C) – a, повторяемость апвеллингов (среднемноголетнее количество дней с отрицательной температурной аномалией за месяц или за сезон в заданной ячейке) – b и концентрация хлорофилла а (до 15 мг/м3) – c

F i g. 2. Summer season mean values of SST (°C) – a, upwelling repeatability (multi-year average number of the days with negative temperature anomaly per month or season in a given cell) – b, and Chl a concentration (up to15 mg/m3) – c in 2000–2019

 

Средняя концентрация хлорофилла а в прибрежной зоне в пределах 30-метровой изобаты за лето 2000–2019 гг. составила 5,3 ± 2,7 мг/м³, что в целом сопоставимо со средними многолетними значениями концентрации в поверхностном слое Балтийского моря, полученными как по спутниковым данным, так и по данным in situ ^{3 4} [23, 27–30]. Однако они имеют бóльшую дисперсию по сравнению с оценками, полученными по данным контактных наблюдений [31], где концентрация в слое 0–10 м летом 2003–2007 гг. составляла ~ 4,3 ± 1,6 мг/м³.

В целом же концентрация хлорофилла а в Балтийском море изменяется в широком диапазоне 0,3–130 мг/м³ [32]. В районе исследования отмечаются локальные повышения концентрации, связанные со стоком Вислы, Калининградского и Куршского заливов. На акватории четко выделяется район с глубинами ˂ 30 м, где отмечаются повышенные повторяемость апвеллингов (не менее трех дней в месяц) и концентрация хлорофилла а (> 5 мг/м³).

Для оценки влияния внутрисезонной изменчивости апвеллингов на концентрацию хлорофилла а были построены карты среднемесячных значений этих параметров по данным 2000–2019 гг., дополненные картами ТПМ (рис. 3).

 

Р и с. 3. Внутрисезонная изменчивость: ТПМ (°C) в июне (a), июле (d) и августе (g); повторяемость апвеллингов (среднемноголетнее количество дней с отрицательной температурной аномалией за месяц или за сезон в заданной ячейке) в июне (b), июле (e) и августе (h); концентрации хлорофилла а (мг/м3) в июне (c), июле (f) и августе (i) 2000–2019 гг.

F i g. 3. Intra-seasonal variability of SST (°C) in June (a), July (d) and August (g); upwelling repeatability (multi-year average number of the days with negative temperature anomaly per month or season in a given cell) in June (b), July (e) and August (h); Chl a concentration (mg/m3) in June (c), July (f) and August (i) in 2000–2019

 

В прибрежной зоне в июне ТПМ изменялась в пределах от 13,5°C в открытой части моря до 15,5°C в районе западной части Вислинской косы; вдоль северного побережья области температура составляла ~ 15°C. К северу от плато Рыбачий наблюдалось локальное повышение температуры (до 15,3°C), в северной части Куршской косы температура составляла ~ 14,1°C, что соответствовало максимальной повторяемости отрицательных аномалий температуры в этой части прибрежной зоны (рис. 3, а). Наибольшей площади в июне апвеллинг достигал в районе плато Рыбачий, что связано с особенностями топографии дна – в этой части акватории наблюдается обширное мелководное плато. Средняя площадь апвеллинга в июне у западного побережья Калининградского п-ова была значительно меньше площади у северного, что связано с большим уклоном дна (рис. 3, b). В июне самые высокие концентрации хлорофилла а отмечались севернее плато Рыбачий. Около Вислинской косы концентрации были выше, чем вдоль северного побережья Калининградского п-ова и южной части Куршской косы, что, вероятно, связано с более высокой ТПМ в этом районе (рис. 3, c).

Отметим, что в Балтийском море доминантами фитопланктонных сообществ летом являются цианобактерии Nodularia spumigena, Anabaena spp. и Aphanizomenon sp. ⁵ [33], первые два вида наблюдаются на глубинах 10 м и менее [34], последний обнаруживается на больших глубинах. Вероятно, повышенные концентрации хлорофилла а в южной части района исследования в июне связаны с оптимальными для развития цианобактерий условиями [35]. В среднем в пределах 30-метровой изобаты концентрация составляет ~ 6,88 мг/м³, что сопоставимо с полученными ранее оценками ³, ⁴ [27, 28].

Пространственная изменчивость ТПМ в июле несколько отлична от июньской: наиболее высокая температура наблюдается в южной части района и вдоль северного побережья области (до 19°C). Минимальная температура прослеживается в северной части Куршской косы и составляет ~ 17,8°C, в открытой части моря – до 18°C (рис. 3, d). От июня к июлю наблюдается рост количества отрицательных температурных аномалий. В июле возникает еще одна область частой встречаемости отрицательных аномалий в районе западного побережья Калининградской области (рис. 3, e). В этом же месяце наблюдается существенно большее количество апвеллингов вдоль западного побережья области по сравнению с другими месяцами (~ 6 дней в месяц в июле против 3–4 дней в июне и августе). Наблюдаемое в июле «цветение» воды, связанное с массовым развитием цианобактерий и увеличением температуры воды в прибрежной зоне, отражается в увеличении концентрации хлорофилла а в прибрежной зоне вдоль северного побережья Калининградского п-ова (рис. 3, f). В то же время в южной части региона концентрация рассматриваемого параметра уменьшается по сравнению с июнем, что может быть связано с истощением запаса биогенных элементов в этом районе в связи с более ранним «цветением» воды. В среднем в прибрежной зоне концентрация хлорофилла а составляет ~ 7 мг/м³.

В прибрежной зоне в августе ТПМ до изобат 20–40 м несколько ниже, чем в районах с бóльшими глубинами (рис. 3, g). Максимальная температура также наблюдается в южной части ЮВБ, в районе 70-метровой изобаты (до 19,9°C), минимальная – в северной части Куршской косы (до 19°C). В августе прослеживается незначительное снижение количества апвеллингов по сравнению с июлем (рис. 3, h). В августе площадь частого проявления апвеллинга вдоль побережья Куршской косы и западного побережья области уменьшается. Вероятно, это связано с прогревом на широком мелководье и увеличением глубины залегания сезонного термоклина. Наибольшее количество апвеллингов в августе, как и в июне – июле, наблюдается у выхода из Куршского залива, что также отмечено в [20]. В августе средние значения концентрации хлорофилла а несколько ниже, чем в июне и июле (˂ 5 мг/м³), что отмечается и в [36, 37]. Наиболее высокие значения наблюдаются к западу от м. Таран и в районе выходов из заливов (рис. 3, i).

Повышенные значения концентрации хлорофилла а закономерно наблюдаются в районах выходов из заливов. В районе, близком к Клайпедскому проливу, зона с повышенными концентрациями в июне и июле имеет меньшую площадь, чем в районе Балтийского пролива. Повышенные значения концентрации в южной части акватории могут быть связаны с влиянием выноса р. Висла, в северной части – с распространением вод Куршского залива на север. Вероятно, это можно объяснить тем, что в целом Куршский залив характеризуется более высоким уровнем продуктивности фитопланктона по сравнению с Калининградским заливом [38].

Описанная пространственная изменчивость хлорофилла а в прибрежной зоне ЮВБ указывает на наличие не только внутрисезонных колебаний, но и региональных особенностей распределения, возможно, вызванных влиянием мезомасштабных процессов (таких как апвеллинг), развивающихся в прибрежной зоне.

Для количественной оценки влияния апвеллингов на концентрацию хлорофилла а в прибрежной зоне был проведен анализ наиболее обеспеченных спутниковыми данными апвеллингов.

 

Количественная оценка влияния апвеллингов на концентрацию хлорофилла а в Юго-Восточной Балтике. В табл. 1 приведены средние значения концентрации хлорофилла а на профиле до, во время и после апвеллинга за 2000–2019 гг. Прочерки соответствуют периодам, за которые данных не было.

Из табл. 1 следует, что пониженные концентрации хлорофилла а в прибрежной зоне после апвеллинга по сравнению со значениями концентрации до него проявляются независимо от его продолжительности. В среднем за весь период исследования после начала апвеллинга хлорофилл а падает на 0,4 мг/м³, после его окончания – на 1,42 мг/м³ (27%). Наибольшее снижение концентрации (~ 4,5 мг/м³, или 67%) после апвеллинга наблюдалось в июне 2016 г. При этом в 9 случаях из 31 понижение концентрации после апвеллинга составило > 3 мг/м³ (падение на 37–67%), в 11 случаях – > 1 мг/м³. Концентрация хлорофилла а во время апвеллинга в среднем на профиле чаще была ниже, чем в зоне апвеллинга. Вероятно, это связано с повышенными значениями концентрации в целом в прибрежной зоне (см. рис. 2, c).

 

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Концентрация хлорофилла а до, во время и после апвеллинга

Chlorophyll a concentration before, during and after upwelling

Даты апвеллинга на профиле / Upwelling dates on profile	Номер профиля / Profile number	Длительность апвеллинга, дни / Upwelling duration, days	Средняя концентрация хлорофилла а, мг/м3 / Mean concentration of chlorophyll а, mg/m3
			до апвеллинга / before upwelling	во время апвеллинга / during upwelling	после апвеллинга / after upwelling
04–10.07.2001	3	7	6,26	5,22	2,57
23–31.07.2001	3	9	2,72	3,27	5,70
23–26.08.2001	3	4	3,22	4,33	3,03
17–19.07.2002	4	3	6,12	5,67	2,84
04–31.08.2002	4	27	5,19	4,51	–
02–05.06.2003	6	4	1,22	1,98	1,67
16.07–14.08.2003	1	30	4,34	7,31	4,52
07–15.08.2004	4	9	4,55	3,59	3,83
09–13.07.2005	9	5	8,95	7,56	5,66
03–09.07.2006	4	7	6,36	3,92	3,35
12.07–22.08.2006	4	42	3,35	3,78	1,52
07–12.06.2007	6	6	9,59	7,27	–
15–16.06.2007	6	1	–	7,66	6,96
01–10.06.2008	7	10	–	3,78	5,31
13–15.07.2008	8	3	7,62	8,50	7,57
27.07–03.08.2008	8	8	7,50	6,88	3,54
30.06–05.07.2009	8	6	–	5,76	6,72
30.06–08.07.2009	2	9	5,13	4,52	4,85
08–11.08.2009	8	4	6,18	8,68	2,05
15–20.07.2010	8	6	9,66	8,92	8,79
04–06.08.2011	4	3	3,79	5,36	3,07
23–27.07.2014	2	5	6,63	3,46	2,57
23–29.07.2014	4	7	5,39	3,78	2,74
09.08.2014	2	1	2,54	2,76	2,53
15–25.08.2015	9	11	5,78	4,70	2,69
05–09.06.2016	5	5	6,70	4,57	2,21
01–05.07.2018	6	5	3,33	5,26	3,86
16–21.07.2018	6	6	4,45	2,76	5,27
25–29.07.2018	6	5	5,27	3,12	–
31.07.2018	6	1	–	2,67	2,72
01–08.08.2019	4	8	3,32	2,46	2,51
Среднее за 2000–2009 гг. / Mean value for 2000–2009			5,52	5,48	4,22
Среднее за 2010–2019 гг. / Mean value for 2010–2019			5,17	4,15	3,54
Среднее за 2000–2019 гг. / Mean value for 2000–2019			5,38	4,97	3,95

 

В период 2000–2009 гг. рост хлорофилла а после апвеллинга был отмечен три раза: в конце июля 2001 г., начале июня 2003 г. и в середине июля – августа 2003 г. (см. табл. 1); в 2010–2019 гг. после апвеллинга рост отмечался только в июле 2018 г.

Среднее снижение концентрации хлорофилла а после апвеллинга во втором десятилетии несколько больше, чем в первом. Это может быть связано как с изменением характеристик исследуемых апвеллингов (изменение их продолжительности и повторяемости по месяцам), так и с влиянием сезонного хода концентрации хлорофилла а: во второй половине июля – августе наблюдается естественное снижение, что может быть связано с истощением запаса биогенных элементов в этом районе, при этом во втором десятилетии большую долю из всех рассматриваемых составляли апвеллинги июля и августа.

Большая часть из исследуемых (см. табл. 1) приходилось на апвеллинги продолжительностью до 5 дней (14 из 31). При этом в среднем в первую декаду продолжительность включенных в анализ апвеллингов составляет ~ 10 дней, во вторую – чуть более 5. После коротких апвеллингов (продолжительность 5 дней и менее) концентрация хлорофилла а падает в среднем на 1,24 мг/м³, после более длительных – на 1,89 мг/м³.

В качестве иллюстрации влияния апвеллинга на концентрацию хлорофилла а в прибрежной зоне на рис. 4 приведены карты ее изменения в июне 2007 г.

 

Р и с. 4. Изменение концентрации хлорофилла а во время и после апвеллинга 4–16 июня 2007 г.

F i g. 4. Changes in Chl a concentration during and after the upwelling event on June 4–16, 2007

 

Апвеллинг, наблюдавшийся в период 4–16 июня 2007 г., привел к следующему изменению концентрации хлорофилла а: в первый день (5 июня) ее среднее значение в зоне апвеллинга снизилось до ~ 3 мг/м³, при этом вне зон апвеллинга оно составляло ~ 10 мг/м³ (рис. 4). На профиле 6 (рис. 1, район м. Таран) 8 июня на границе апвеллинга на расстоянии ~ 9 км от берега был отмечен фронт хлорофилла а, характеризующийся падением концентрации в два раза, с 7–8 до 4 мг/м³ (в [25] было показано падение концентрации на 40–50%). После окончания апвеллинга (17 июня) концентрация в прибрежной зоне района исследования шириной ~ 7 км по-прежнему была понижена, ее рост в прибрежной зоне был отмечен только с 20 июня – на четвертый день после окончания апвеллинга.

Ранее для Балтийского моря было показано, что в прибрежных районах между ростом фитопланктона и поступлением биогенов в поверхностный слой в результате апвеллинга существует задержка во времени [8, 23, 39]. Например, в Финском заливе и у о. Готланд увеличение биомассы фитопланктона наступало с задержкой на 2–3 недели после апвеллинга. В работе [11] роста фитопланктона после окончания апвеллинга вообще отмечено не было, что авторы связывают с тем, что через 10 дней после окончания одного апвеллинга начался следующий. При этом продолжительность временного промежутка между поступлением биогенных элементов и ростом фитопланктона зависит не только от характеристик апвеллинга, но и от видового состава фитопланктона в его области апвеллинга, а также от соотношения питательных веществ и температуры поднятой в поверхностный слой воды. Важным фактором также является продолжительность периода адаптации поднятых в поверхностный слой фитопланктонных сообществ к температуре, свету и концентрации биогенов [7].

Отметим, что ввиду наличия сезонного хода концентрации хлорофилла а, связанного с абиотическим факторами и сукцессией фитопланктонного сообщества, также важно знать количественный вклад апвеллингов в изменчивость его концентрации в течение летнего сезона на исследуемых профилях (см. рис. 1). Он представлен в табл. 2.

 

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

Изменение средней концентрации хлорофилла а в летние месяцы в результате апвеллинга

Changes in mean chlorophyll a concentration in summer months due to upwelling

Месяц / Month	Средняя концентра-ция хлорофилла а, мг/м3 / Mean concentration of chlorophyll а, mg/m3	Средняя продолжи-тельность апвеллинга, дни / Upwelling mean duration, days	Средняя концентрация хлорофил- ла а, мг/м3 / Mean concentration of chlorophyll а, mg/m3
			до апвеллинга / before upwelling	после апвеллинга / after upwelling
Июнь / June	5,27	5,20	5,84	4,04
Июль / July	5,33	7,18	5,98	4,58
Август / August	3,78	12,11	4,21	2,65

 

Средние значения хлорофилла а на профилях примерно равны в июне и июле, при этом наибольшая средневзвешенная концентрация отмечалась в июне. Вероятно, эта разница отражает внутрисезонное изменение влияния апвеллингов на концентрацию. При этом их средняя продолжительность составляла 5,2–7,18 дней в июне – июле и значительно возрастала к августу. Концентрация хлорофилла а в течение недели после апвеллинга демонстрирует пониженные значения во все месяцы и составляет ~ 1,4–1,8 мг/м³. По сравнению со среднемноголетними данными ее наибольшее снижение отмечается в июне. При этом наибольшее количество раз значительное снижение концентрации после апвеллинга наблюдалось в июле (6 раз из 9 отмеченных за весь период исследования – более чем на 3 мг/м³ и 8 раз из 11 – более чем на 1 мг/м³).

Совместный анализ спутниковых данных хлорофилла а и ТПМ показывает, что вызванное апвеллингом снижение его концентрации приводит к положительному влиянию на качество вод в прибрежной зоне [39]. Стоит отметить, что в работах, исследующих «цветение» вод при массовом развитии водорослей, указывается, что в большинстве случаев «цветение» наблюдается уже на расстоянии от берега, сопоставимом с шириной апвеллинга [40].

Проведенный анализ подтверждает необходимость учета внутри-сезонного хода концентрации хлорофилла а при рассмотрении влияния на него событий апвеллинга, что важно для корректных оценок изменения экологического состояния прибрежной зоны.

 Заключение

По данным о повторяемости и продолжительности апвеллингов за июнь – август 2000–2019 гг. и мультисенсорных спутниковых наблюдений концентрации хлорофилла а в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики получены среднемноголетние и среднемесячные значения исследуемых параметров. Высокие концентрации отмечаются в районе выходов из Калининградского и Куршского заливов, наибольшие – севернее плато Рыбачий. При этом в северной части Куршской косы, в районе наибольшей повторяемости апвеллингов, зона с повышенными концентрациями хлорофилла а имеет меньшую площадь, чем в районе Балтийского пролива. В июне в районе плато Рыбачий зона апвеллинга имеет наибольшую площадь, при этом концентрация хлорофилла а в этом районе ниже, чем к северу и к югу от плато. Это указывает на возможную связь пространственной изменчивости хлорофилла а с повторяемостью апвеллингов.

В районе исследования были проанализированы 9 20-километровых профилей от берега в сторону моря, на которых рассчитаны значения концентрации хлорофилла а в течение недели до, во время и после апвеллинга, что позволило оценить их влияние на концентрацию. Показано, что снижение концентрации отмечается после апвеллингов любой продолжительности и во все месяцы, в среднем после апвеллинга концентрация падает более чем на 1 мг/м³ (27%). После коротких апвеллингов (продолжительность менее 5 дней) концентрация хлорофилла а в среднем снижается на 1,24 мг/м³, после более длительных – на 1,89 мг/м³. В среднем в июне – августе концентрация после апвеллинга падает примерно на 1,4–1,8 мг/м³, чаще всего ее значительное снижение наблюдалось в июле. Отмеченная разница отражает наличие внутрисезонного хода влияния апвеллингов на концентрацию хлорофилла а на рассматриваемой акватории, связанного как с абиотическими факторами, так и с сукцессией фитопланктонного сообщества.

Анализ временной изменчивости концентрации хлорофилла а показал, что через несколько дней после апвеллинга начинается ее рост, который, вероятно, связан с развитием фитопланктонных сообществ, вызванным поступлением биогенных веществ в фотический слой и часто стимулируемым повышением температуры воды.

Снижение концентрации хлорофилла а после апвеллинга во второе десятилетие текущего века несколько больше, чем в первое, что, вероятно, связано с изменением характеристик событий, включенных в анализ. Во втором десятилетии наблюдалось уменьшение продолжительности апвеллингов, наиболее значительное в июле и августе. В среднем в 2000–2009 гг. апвеллинг на всей территории ЮВБ длился около недели (7,1 дней), в 2010–2019 гг. – 4,66 дней. Большая часть из исследуемых приходилась на апвеллинги продолжительностью меньше 5 дней (14 из 31, по 7 в каждом десятилетии) и 6–10 дней (13 апвеллингов). При этом в среднем в первую декаду ХХI в. продолжительность апвеллингов составляет ~ 10 дней, во вторую – ~ 5.

В дальнейшем требуется проведение целенаправленных наблюдений в зонах апвеллинга и вне их с целью анализа видового состава фитопланктонных сообществ. Это позволит выявить влияние апвеллингов на экологическое состояние вод Балтийского моря, в том числе – на «цветение» воды при массовом развитии потенциально токсичных цианобактерий.

 

¹ Baltic Sea Reprocessed Surface Chlorophyll Concentration from Multi Satellite observations. 2012. https://doi.org/10.48670/moi-00083

² The GEBCO_2022 Grid – a continuous terrain model of the global oceans and land / GEBCO Bathymetry Compilation Group 2022. NERC EDS British Oceanographic Data Centre NOC, 2022. https://doi.org/10.5285/e0f0bb80-ab44-2739-e053-6c86abc0289c

³ Trophic status of coastal and open areas of the south-eastern Baltic Sea based on nutrient and phytoplankton data from 1993–1997 / N. Wasmund [et al.]. Warnemünde : Institut für Ostseeforschung, 2000. 83 p. (Meereswissenschaftliche Berichte ; vol. 38). https://doi.org/10.12754/msr-2000-0038

⁴ Bukanova T., Nizhnikovskaya O., Trushevskiy A. Assessment of eutrophication in the Baltic Sea coastal waters from satellite imagery // 2^nd Student Workshop on Ecology and Optics of Coastal Zones, 2016. Kaliningrad, Russia, 19–23 July 2016. P. 1–4.

⁵ Neumann T., Schernewski G. Will algal blooms in the Baltic Sea increase in future? Model simulations with different eutrophication combat strategies // Low-lying coastal areas – hydrology and integrated coastal zone management : International symposium on Low-lying coastal areas. Hydrology and integrated coastal zone management. Bremerhaven, Federal Republic of Germany, 9–12 September 2002. Koblenz, 2002. P. 139–145. (IHP/OHP-Berichte ; sonderheft 13).

Об авторах

Мария Владимировна Капустина

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kapustina.mariya@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-7507-3170
SPIN-код: 5287-1100

младший научный сотрудник

Россия, Москва

Алексей Вадимович Зимин

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: zimin2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1662-6385
SPIN-код: 9833-3460

главный научный сотрудник, доктор географических наук, доцент

Россия, Москва; Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы