Анализ закономерностей сезонной и многолетней изменчивости фитопланктона в Черном море по данным дистанционного зондирования и судовым наблюдениям.

Несмотря на длительный период исследований, изменчивость фитопланктона в Черном море изучена недостаточно. Причиной является отсутствие регулярных наблюдений и дискретный характер имеющихся данных о сезонной и многолетней динамике фитопланктона, особенно в открытых водах моря. Применение методов спутникового зондирования позволяет в значительной степени уточнить информацию о распределении характеристик фитопланктона, прослеживать непрерывную динамику развития фитоценозов одновременно на всей акватории моря.
За последние десятилетия в структуре планктонных фитоценозов Черного моря происходят кардинальные изменения, связанные со снижением доминирования диатомовых водорослей и усилением роли кокколитофорид.
Совместный анализ спутниковых и экспедиционных данных показал, что периодами наибольшего развития фитопланктона в Черном море являются зимне-весенний и осенне-зимний сезоны. Динамика фитопланктона в зимне-весенний и осенне-зимний сезоны до 2010 г. определялись в основном диатомовым фитопланктоном. В более поздний период в зимних фитоценозах возросла роль кокколитофорид и других мелких форм фитопланктона. Пространственные неоднородности развития фитопланктона в холодные периоды года достаточно четко прослеживаются в поле хлорофилла по данным сканера цвета (MODIS Aqua). Летние вспышки размножения фитопланктона связаны, главным образом, с массовым развитием кокколитофорид. Цветение вод кокколитофоридами, как правило, слабо выражено в поле хлорофилла «а». При этом неоднородности распределение кокколитофорид достаточно четко прослеживается по спектральной яркости исходящего излучения на длинах волн 551 или 555 нм. Использование всего спектра параметров спутникового зондирования для оценки динамики фитопланктона позволило изучить изменчивость основных структурных компонентов Черноморского фитоценоза, которые неодинаково проявляются в поле биооптических характеристик поверхности моря измеряемых сканерами цвета.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Периодами наибольшего развития фитопланктона в Черном море, зафиксированными сканерами цвета в поле хлорофилла, являются зимне-весенний и осенне-зимний сезоны. Развитие фитопланктона начинается в прибрежных водах и впоследствии распространяется на всё море. За пятнадцатилетний период спутниковых наблюдений только в одном случае было отмечено мощное цветение вод фитопланктоном в летний период (2001 г.), которое проявилось в поле хлорофилла «а» на всей акватории моря.
2. По спутниковым данным фитопланктон в открытых водах Черного моря достигает наибольшего развития в период развитой зимней конвекции. Это противоречит существующим представлениям о необходимости устойчивой стратификации для развития весенних и зимне-весенних цветений в водах умеренного пояса. Развитие фитопланктона в слое, толщина которого в зимних условиях, превышает глубину компенсационной точки фотосинтеза, не согласуется с моделью Свердрупа предложенной для Северной Атлантики и интерполированной на другие районы умеренных широт.
3. Для прибрежных вод, помимо осенне-зимнего, характерен выраженный весенний пик концентраций хлорофилла «а» в марте, связанный с массовым развитием фитопланктона (цветением). Весенней вспышки фитопланктона в марте в открытых водах Черного моря по осредненным спутниковым данным не наблюдается.
4. Массовое развитие кокколитофорид в Черном море происходит ежегодно в летний период с мая по июль, что четко фиксируется сканерами цвета в поле спектральной яркости исходящего излучения на длинах волн 551 или 555 нм. и обратного рассеяния. При этом примерно, с двухлетней периодичностью развитие кокколитофорид достигает уровня цветения. Нарастание биомассы кокколитофорид начинается в открытых районах моря, преимущественно в его восточной и северо-восточной частях, которые являются в этот период своеобразным теплым сектором Черного моря.
5. Отмечена связь между уровнем развития кокколитофорид в летний период и минимальной температурой вод предшествующей зимой. Самые мощные цветения кокколитофорид в летний период (2006 и 2012 гг.) наблюдались после самых холодных зим. Напротив, теплые зимние условия соответствовали слабому развитию кокколитофорид в летний сезон.
6. Концентрации хлорофилла «а» по данным дистанционного зондирования в открытых районах моря рассчитанные по стандартному алгоритму ОС4 превышают результаты контактных экспедиционных измерений в 1,7-2,3 раза. Завышение концентраций хлорофилла «а» по спутниковым данным незначительно различается для разных сезонов и не препятствует анализу временной изменчивости фитопланктона по результатам дистанционного зондирования.
7. На основе изучения вертикального распределения хлорофилла «а» вычислены соотношения поверхностных концентраций и общего содержания хлорофилла «а» в слое фотосинтеза для разных сезонов года. Результаты могут быть использованы для количественных оценок запаса хлорофилла «а» и фитопланктона в кислородном слое моря по контактным измерениям на поверхности моря или данным дистанционного зондирования сканерами цвета.