Влияние абиотических факторов (ФАР, ТПО и атмосферных осадков) на величину первичной продукции в Японском море в 2003-2010 гг.

Рассматривали влияние на величину первичной продукции (ПП) в Японском море таких параметров, как температура поверхности океана (ТПО), фотосинтетически активная радиация (ФАР) и количество атмосферных осадков за период 2003-2010 гг.
Японское море располагается в двух климатических зонах: субтропической и умеренной. В пределах этих зон выделяются два сектора с отличающимися климатическими и гидрологическими условиями: суровый холодный северный (зимой частично покрытый льдом) и мягкий, теплый, прилегающий к Японии и берегам Кореи. Поэтому нами были выбраны следующие районы Японского моря: Залив Петра Великого (ЗПВ) (42-43,4°с.ш., 130,5-133,5°в.д.), центральная часть (42-44°с.ш, 136-138°в.д), северо-западный район (40-48° с.ш., 128-140° в.д.) и южный район (34-40° с.ш, 128-140° в.д.). Для оценки дневной ПП была использована модель VGPM, предложенная Behrenfeld, Falkowski (1997).
ТПО и ФАР, а также величина ПП, рассчитанные по данным спектрорадиометра Aqua MODIS, были получены с сайта http://oceancolor.gsfc.nasa.gov и обработаны программным обеспечением SeaDAS 6.0. Данные по атмосферным осадкам получены с использованием системы визуализации и анализа данных изучения Земли Giovanni (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/giovanni/overview/index.html).
Анализ данных ПП, полученных с помощью дистанционных методов исследования по четырем районам Японского моря с 2003 по 2010 гг., показал, что наибольшего значения этот параметр достигал в ЗПВ (337,46 гС/м2/год-1), вторым по продуктивности был южный район (324,5 гС/м2/год-1). Самый низкий уровень ПП 172,1 гС/м2/год-1 отмечался в центральном регионе. В северо-западном районе ПП составила 210,2 гС/м2/год-1 .
Два пика повышения продуктивности (весной и осенью) отмечались в ЗПВ и в южном районе. Весеннее цветение в южном районе приходилось на апрель месяц, тогда как в остальных трех районах оно происходило в мае. Осеннее цветение в ЗПВ и южном районе отмечалось в октябре месяце. В северо-западном и центральном районе повышение ПП наблюдалось только весной.
Были проанализированы спутниковые данные параметров, прямо или косвенно влияющих на величину ПП: ТПО, ФАР, количество атмосферных осадков.
Распределение ТПО в 2003-2010 гг. во всех изученных районах имело вид кривой с максимумом в августе месяце. Самым теплым за исследуемый временной интервал был южный регион моря, среднегодовая температура воды составила 16,75°С, самым холодным – ЗПВ при температуре воды, равной 9,1°С. Наибольшее значение ТПО в южном регионе было равным 17,2°С в 2004 году, наименьшее значение температуры воды (8,2°С) наблюдалось в ЗПВ в 2009 году. Положительная корреляция между ТПО и ПП при доверительном интервале 0,95 и числе наблюдений, равном 8, отмечалась в марте – апреле в ЗПВ накануне периода весеннего цветения (0,772 и 0,508), а отрицательная – в сентябре перед осенним максимумом (-0,869). В центральном регионе отрицательная корреляция между ПП и ТПО определялась в октябре (-0,701), а в южном регионе – в мае (-0,941). Отрицательная связь в виде тенденции между ПП и ТПО была отмечена в сентябре и ноябре (-0,592 и -0,610) в северо-западном районе.
Обеспеченность светом, наряду с биогенными элементами, является необходимым условием для фотосинтеза при образовании ПП. Изучение дистанционно полученных среднегодовых значений ФАР с 2003-2010 гг. показало, что характер освещенности для 4-х изучаемых районов моря был однотипным. Минимальные значения ФАР наблюдались в декабре месяце, максимальные – в июне. Наибольших значений ФАР достигала в южном районе в июне месяце и составляла 44,5 [Einstein/m^2/Day], наименьшие значения наблюдались в центральном районе в декабре 10,4 [Einstein/m^2/Day]. Достоверная зависимость между ПП и освещенностью подтверждалась в трех изученных районах в июне месяце, за исключением южного района.
При анализе среднегодовой величины атмосферных осадков по четырем районам Японского моря с 2003 по 2010 гг. было выявлено, что самые высокие показатели этого параметра наблюдались в южном районе моря. Максимальная величина 142 мм отмечалась в 2003 и 2004 гг., минимальная – 108 мм – в 2008 г. Самые низкие показатели атмосферных осадков среди 4-х районов были в ЗПВ. Здесь среднегодовое количество варьирует от 53 мм в 2003 г. до 78 мм в 2010 г. В северо-западном районе максимальная величина атмосферных осадков составляла 83 мм (2010 г), минимальная - 58 мм (2003 г). В центральном районе количество осадков изменялось от 60 мм в 2003 г. до 92 мм в 2004 г. Среднегодовые пики повышения количества осадков характерны в мае и июле месяце (в августе для центрального района) для каждого из четырех районов за исследуемый период. Понижение среднемесячных значений количества осадков для всех районов характерно в холодные месяцы (с ноября по февраль). Максимальное количество осадков (413,5 мм) наблюдалось в южном районе в июле 2006 г. Во время весеннего максимума положительная связь в виде тенденции между ПП и количеством атмосферных осадков (0,616) наблюдалась в ЗПВ. В сентябре отмечалась положительная корреляция между ПП и количеством осадков в центральном (0,742) и южном (0,651) районах.
В результате исследований по влиянию абиотических факторов на образование ПП было показано, что только фактор освещенности в период своего максимума в июне месяце оказывает прямое влияние на ПП в трех изученных районах. Исключение составило взаимодействие ПП и ФАР в южном регионе. Притом, что интенсивность ФАР в южном регионе превышала значения в других регионах в этот период, достоверного влияния на ПП выявлено не было. По-видимому, превышение достаточного для фотосинтеза количества ФАР могло ингибировать его процессы. Влияние ТПО и выпавших атмосферных осадков на образование ПП носило опосредованный характер и было связано с сезонными изменениями стратификации водных масс, что определяет доступ биогенных элементов в зону фотосинтеза.
Работа была выполнена при поддержке ФЦП "Мировой Океан" и гранта ДВО РАН (12-III-А-07-045).