Использование спутниковых оптических и радиолокационных данных для изучения антропогенного эвтрофирования морских акваторий

Уровень биологической продуктивности прибрежных зон морей и внутренних водоемов во многом определяется характером хозяйственной деятельности. Под ее воздействием происходит антропогенное эвтрофирование – значительное повышение уровня первичной продукции вод в результате интенсивного поступления биогенных элементов. В качестве критерия для оценки степени развития антропогенного эвтрофирования акваторий в работе предлагается использовать интенсивность проявления органических пленок биогенного происхождения на морской поверхности, детектируемых по спутниковым радиолокационным данным. Биогенные пленки формируются в процессе жизнедеятельности, а также при отмирании и разложении морских организмов, главным образом фитопланктона. Установлено, что количество пленок биогенного происхождения существенно увеличивается при вспышках цветения фитопланктона. Именно потому процесс интенсивного образования биогенных пленок можно рассматривать как критерий резкого повышения биологической продуктивности вод (наряду с увеличением концентрации хлорофилла-а, определяемой по данным оптических сканеров цветности океана), то есть в качестве явления, свидетельствующего о степени антропогенного воздействия на экосистему.
Цель работы – выявление особенностей пространственного и временного распределения пленок биогенного происхождения, а также установление связи между процессами образования биогенных пленок и повышением концентрации хлорофилла-а.
В ходе экспериментальных исследований было проанализировано более 100 радиолокационных изображений (РЛИ) тестовой акватории (восточная часть Черного моря) в период с октября 2010 г. по сентябрь 2011 г., полученных с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой ASAR ИСЗ Envisat. РЛИ получены в режиме широкополосной съемки с пространственным разрешением 150 м и шириной полосы обзора 400 км. Эти же РЛИ использованы для определения скорости приводного ветра путем преобразования яркости пикселей изображения в поле ветра с помощью скаттерометрической модели CMOD5 в программе ESA NEST 4B. На даты получения РЛИ по данным аппаратуры MODIS КА Aqua в программе ITT ENVI 4.8 построены поля распределения значений концентрации хлорофилла-а.
Результаты проведенных исследований показали, что максимальная частота и интенсивность проявления биогенных пленок наблюдались в прибрежной зоне исследуемой акватории, что пространственно согласовывалось с областями высоких значений концентрации хлорофилла-а. Анализ сезонной динамики (за изучаемый период) пленок биогенного происхождения свидетельствует о достаточно четком временном соответствии между процессами интенсивного образования биогенных пленок и повышением концентрации хлорофилла-а. Расчет коэффициентов корреляции r показал наличие статистически значимой связи (r = 0.38, при уровне значимости p < 0.005) между площадью покрытия морской поверхности биогенными пленками и концентрацией хлорофилла-а в прибрежной зоне. Прямая зависимость между биогенными пленками и концентрацией хлорофилла-а в мористой зоне акватории отсутствует, что указывает на антропогенный характер процесса интенсивного образования пленок биогенного происхождения.
Таким образом, можно говорить о том, что применение методов радиолокации совместно с данными оптических сканеров цветности океана является эффективным средством для изучения последствий антропогенного эвтрофирования морских акваторий как индикатора экологического состояния морских экосистем.