Изменчивость концентрации хлорофилла А на поверхности и в толще вод Черного моря по спутниковым измерениям и данным буев Био-Арго

Недавно появившиеся в свободном доступе данные буев Био-Арго с биооптическими датчиками позволяют исследовать изменение концентрации хлорофилла А (Ca) не только в поверхностном слое, но и в толще вод. Кроме этого, они позволяют получить информацию об условиях освещенности, которые во многом определяют характеристики цветения фитопланктона.
В работе по спутниковым данным MODIS за 2003-2016 гг. и измерениям буев Био-Арго исследованы особенности и различия сезонной и межгодовой изменчивости концентрации Ca в различных слоях Черного моря. Проведено сопоставление спутниковых данных и измерений концентрации Ca по флуориметрическим данным буев Био-Арго. Показано, что эти данные достаточно хорошо согласуются между собой, однако величины концентрации в верхнем слое по данным Био-Арго на 0.3 мг/м3 меньше, чем по стандартным спутниковым продуктам. Такие отличия вероятно связаны с влиянием желтого вещества на спутниковые оценки Ca.
Оба источника данных показывают, что на поверхности концентрация Ca максимальна в конце осени-начале зимы. Такая изменчивость характерна для большей части бассейна и связана с вертикальным вовлечением биогенных элементов при наступлении зимней конвекции (Кубрякова и др., 2018).
В то же время данные Био-Арго показывают, что максимальные интегральные значения концентрации наблюдается позже – в марте. В это время цветение со значениями концентрации Ca 1-1.4 мг/л охватывает весь эвфотический слой (0-50 м). Второй локальный максимум отмечается в августe и связан с увеличением интегральной Ca в слое 15-35 м. Значения в слое подповерхностного максимума высоки практически в течении всего года. В то же время в поверхностном слое концентрация Ca минимальна (~ 0.2 мг/л) с апреля по октябрь.
Анализ данных показал, что связи между глубиной верхнего квазиоднородного слоя (ВКС) и положением цветения в течение года не наблюдается. Например, в марте цветение охватывает и слой ВКС, и нижележащие слои. Параметром, определяющим нижнюю границу зоны цветения, является освещенность. Анализ показал, что высокие концентрации хлорофилла наблюдаются в слоях с освещенностью от 3 до 400 ммоль квант м-2 с-1 .
Ниже слоя с освещенностью менее 3 ммоль квант м-2 с-1, где фотосинтез невозможен, концентрация Ca резко убывает. В слоях освещенностью выше 400 ммоль квант м-2 с-1, вероятной причиной отсутствия хлорофилла является фотоингибирование.
Поскольку хлорофилл А вызывает значительное поглощение света, изменчивость его цветения значительно регулирует положение нижней границы фотической зоны.
Абсолютный минимум интегрального значения концентрации Ca наблюдается в апреле после весеннего цветения, что вероятно связано с выеданием фитопланктона зоопланктоном. Однако в апреле концентрации Ca возрастают в наиболее глубинных слоях. Это связано с тем, что воды в этом месяце наиболее прозрачны (нет эффекта самозатенения) и свет проникает до глубин 40-50 м, где начинается цветение.
В годы с холодными зимами из-за интенсивного вовлечения биогенных элементов концентрация Ca в верхних слоях достигает наибольших значений. В то же время из-за эффекта самозатенения такая вспышка цветения не позволяет фитопланктону развиваться на больших глубинах, в отличии от года с холодными зимами.
В работе на основе спутниковых и контактных данных исследуется влияние различных динамических процессов (штормов, вихрей, затоков шельфовых вод) на вертикальную и поверхностную изменчивость концентрации Ca.
Получение и обработка данных выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий» (шифр «Оперативная океанография»); анализ гидрологических параметров проведен при финансовой поддержке гранта РФФИ №16-05-00621, анализ данных буев Арго поддержан грантом РФФИ №16-35-60036 мол_а_дк, анализ спутниковой информации выполнен в рамках гранта РФФИ №17-05-41089 РГО_а.