Фитопланктон и первичная продукция

Позднее осенью, когда усиливающиеся ветра начинают перемешивать верхний слой и поднимать питательные вещества к поверхности, может наблюдаться короткое осеннее цветение. Тем не менее, сроки развития фитопланктона могут отличаться в разных районах. Весеннее цветение в акватории с атлантическими водами (не имеющими ледового покрова) вызывается перепадом температур, тогда как в арктических водах (имеющих сезонный ледовый покров) цветение определятся стабильностью таяния льда (Skjoldal and Rey 1989, Hunt et al. 2012). Таким образом, весеннее цветение у кромки льда иногда может происходить ранее, чем в южных районах Баренцева моря благодаря более ранней стратификации, вызываемой таянием льда.

Наблюдение за фитопланктоном

Stuart Larsen

В 2018 г. Институтом морских исследований (ИМИ) в Баренцевом море были отобраны два набора образцов фитопланктона. Образцы были отобраны из бутылок с водой, установленных при помощи СТД-зондов и проанализированы с использованием метода осаждения Утермеля 50 мл проб воды, зафиксированных раствором Люголя.

Первый набор образцов был отобран весной, между 22 и 25 мая, вдоль разреза «Фулёй - Медвежий» (ФМ) (рисунок 3.2.1). Второй набор был отобран осенью, между 4 сентября и 3 октября в норвежском секторе (рисунок 3.2.2). В это время года высота Солнца в более высоких широтах слишком мала для сбора данных спутником, и поэтому полный охват спутником Баренцева моря был невозможен. Метод отбора проб и результаты анализа фитопланктона представлены в отчете BESS, доступном по адресу https://www.hi.no/filarkiv/2018/03/5_1_phytopl_chloroph_nutrients_.pdf/nb-no. В течение 2018 г. численность Cryptophyceae, Dinophyceae и Dictyophyceae была сопоставима с 2017 г. Тем не менее, в среднем по всем образцам, отобранным на глубине 10 м, в ходе съемки BESS 2018 г. было обнаружено гораздо большее количество неидентифицированных жгутиковых: в среднем в этом году примерно 300 000 l-1 по сравнению с 70 000 l-1 в 2017 г. Напротив, в 2018 г. диатомовых было меньше: в среднем приблизительно 53 000 l-1 в 2017 г. по сравнению с 5 700 l-1 в 2018 г. Данные съемки 2018 г. также указывают на увеличение числа кокколитофоров, идентифицированных как Emiliania huxleyi, в среднем примерно 11 300 l-1 в 2018 г. по сравнению с 1 070 l-1 в 2017 г.

Рисунок 3.2.1. Слева: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла по спутниковым снимкам MODIS за 21-26 мая 2018 г. с образцами, отобранными вдоль разреза «Фулёй - Медвежий». Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла в течение всего мая. Красными точками обозначены места выборки для съемки вдоль разреза, а белые области указывают на отсутствие спутниковых данных.

Рисунок 3.2.2. Слева: Местоположения и номера станций для проанализированных образцов фитопланктона, полученных со съемки BESS в период с 4 сентября по 3 октября. Красные точки указывают, что были проанализированы только образцы с глубины 10 м; синие точки указывают, что были проанализированы образцы как с глубины 10 м, так и 50 м, за исключением станции 912, для которой образцы с глубины 10 м отсутствовали. Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла, полученная по ежедневным спутниковым снимкам MODIS за период с 4 сентября по 4 октября 2018 г. Местоположения станций съемки обозначены красными точками; белый указывает регионы отсутствующих спутниковых данных.

Спутниковые данные

Padmini Dalpadado

Данные дистанционного зондирования, имеющие высокое пространственное и временное разрешение, использовались при получении концентрации Chl a (мг м-3) и средней дневной чистой первичной продукции (ЧПП) (г C м-2 день-1). Дневная чистая первичная продукция (ЧПП) и площадь открытой воды (OWA) были рассчитаны при помощи спутниковых данных, как подробно описано в Arrigo and Van Dijken (2015). Рассчитанные по спутниковым данным показатели Chl a (Sat Chl a, уровень 3, группированные за 8 дней) основаны на показаниях датчиков SeaWiFS и MODIS/Aqua. SeaWiFS использовался в 1998-2002 гг., а MODIS/Aqua - в 2003-2017 гг. Данные были обновлены в соответствии с последними расчетами NASA версии R2018.0. Значения для юго-восточного и печорского полигонов были пересчитаны после исключения районов, на которые больше всего оказывает влияние речной сток (18% и 41% от общей площади соответственно). Эта работа была проведена в сотрудничестве с профессором Кевином Арриго и Гертом ван Дийкеном из Стэнфордского университета, США.

Подтверждение спутниковых данных

Padmini Dalpadado

Работы по подтверждению спутниковых данных Chl a с использованием данных непосредственных измерений показали значительную связь между двумя переменными в Баренцевом море (Dalpadado et al. 2014, ICES/WGIBAR 2017, это исследование) и, таким образом, модель ЧПП, основанная на спутниковых данных Arrigo et al. (2015) дает приемлемые результаты, сравнимые с натурными измерениями морского дна. Кроме этого, оценки новой продукции фитопланктона, основанные на потреблении азота (сезонное снижение количества нитратов в водной толще), на разрезах «Фулёй - Медвежий» (ФМ) и «Вардё - север» (ВС), представляющих западную и центральную части Баренцева моря соответственно, с марта по июнь были сравнимы со спутниковыми значениями ЧПП (Rey et al., в печати).

Пространственные и временные закономерности Chl а весной

Padmini Dalpadado

Для изучения сезонной и межгодовой изменчивости в распределении Chl a использовались данные дистанционного зондирования, обеспечивающие хороший пространственный и временной охват. Спутниковые данные из Баренцева моря в течение 2016-2018 гг. показали большую межгодовую изменчивость с самой высокой концентрацией Chl a, обычно наблюдаемой в мае (рисунок 3.2.3). В 2016 г. было гораздо меньше морского льда, и имело место расширение распространения Chl a на север и восток. Кроме этого, в этом году наблюдалось более раннее цветение и более высокие концентрации в восточных регионах в апреле и мае. 2017 г. был более холодным с большим количеством льда, особенно по сравнению с 2016 г. Chl a был намного ниже в апреле-июле 2017 г. по сравнению с предыдущим годом. Ледяной покров в апреле 2017 г. и 2018 г. был больше, чем в 2016 г. Несмотря на то, что показатель Chl a в апреле 2018 г. был ниже по сравнению с 2016 г., высокая концентрация наблюдалась в мае в течение обоих лет.

Рисунок 3.2.3. Пространственные распределения Chl a (мг м-3) в апреле, мае и июне 2016, 2017 и 2018 гг. Белые области указывают на ледяной покров. Розовые линии показывают климатологическое (среднее за 1981-2010 гг.) положение кромки льда.

Чистая первичная продукция (ЧПП)

Padinini Dalpadado

ЧПП всего Баренцева моря показала значительную межгодовую изменчивость, но в целом значительно увеличилась в период 1998-2018 гг. (рисунок 3.2.4, p = 0.001). Средняя дневная скорость чистой первичной продукции (мг C м-2 дней-1), для всего Баренцева моря (объединяя все полигоны) увеличилась со значения в 163 мг C м-2 дней-1 в 1998-2009 гг. до значения в 189 мг C м-2 дней-1 в 2010-2018 гг. ЧПП в восточных районах (северо-восточный и печорский полигоны) значительно увеличилась (p<0,01) в течение исследуемого периода. ЧПП в некоторых северных полигонах также продемонстрировала тенденцию к увеличению с годами. Тем не менее, величина продукции по сравнению с южными и восточными районами здесь низка. ЧПП в юго-западном полигоне показала значительную межгодовую изменчивость, но отчетливая тенденция с течением времени отсутствовала (p = 0,511).

Рисунок 3.2.4. Годовая чистая первичная продукция (ЧПП, основанная на спутниковых данных) для всего Баренцева моря.