LLC
«DVS LTD»

Federal State Budget Scientific Institution
Federal Research Center "Marine Hydrophysical Institute of RAS"

Remote Sensing Department


Проект РФФИ и РГО 17-05-41102
"Аномальные цветения фитопланктона в западных морях России - проявления в данных ДЗЗ, возможные причины возникновения и влияние на характеристики экосистемы"


Project | Baltic sea | Barents Sea | Black sea | Caspian sea

Изучение изменчивости концентрации хлорофилла «а» и цианобактерий в Балтийском море

К эффективным методам оценки концентрации хлорофилла «а» (Chl_a) относится дистанционное зондирование в оптическом диапазоне спутниковыми спектрорадиометрами.

Для исследования аномалий концентрации хлорофилла «а» в Балтийском море были использованы данные сканера MODIS-Aqua системы NASA GIOVANNI, предоставляющей возможности доступа к архивам спутниковых данных одновременно со средствами, обеспечивающими проведение их обработки и анализа. Стандартный график временных рядов GIOVANNI создается путем вычисления средних пространственных значений по выбранной области для каждого временного шага в заданном диапазоне.

На рис.1 представлены выбранные для исследования районы Балтийского моря с различными характеристиками рельефа дна, гидрологического режима, температурного режима, солёности – Борнхольмский бассейн (1 район), южная часть Восточного Готландского бассейна (район 2), Ботническое море (район 3) и восточная часть Финского залива (район 4).

Baltic Sea Regions
Рис.1. Районы Балтийского моря, взятые для исследований концентрации Сhl_a и концентрации сине-зелёных водорослей

Балтийское море находится на материковом шельфе. Средняя глубина составляет 51 метр. В Ботническом заливе максимальная глубина 293 метра, в Готландской котловине – 249 метров.

Особенность гидрологического режима Балтийского моря проявляется в большом избытке пресной воды, образовавшейся за счет осадков и речного стока. Солоноватые поверхностные воды Балтийского моря через Датские проливы уходят в Северное море, а в Балтийское море с глубинным течением поступают соленые воды Северного моря.

Солёность морской воды уменьшается от Датских проливов к востоку. В Датских проливах солёность составляет 20 ‰ у поверхности моря и до 30 ‰ у дна. К центру моря солёность уменьшается до 6-8 ‰, в Ботническом заливе значения солёности опускаются до 2-3 ‰ и в Финском заливе до 2 ‰.

Концентрация хлорофилла «а» неодинакова в различных районах Балтийского моря в зависимости от условий среды, в особенности от температуры и наличия биогенных элементов. Наиболее низкие концентрации хлорофилла «а» (менее 2 мг/м³) характерны для северной части Ботнического залива, воды этого района соответствуют олиготрофным условиям по классификации Hakanson, Bryhn, 2008. Максимальные значения (более 20 мг/м³) наблюдаются в Щецинском, Вислинском заливах, а также в районе выхода Клайпедского канала. Эвтрофные воды характерны для восточной части Финского залива, южной и центральной части Рижского залива, юга Арконского бассейна, а также всего побережья Гданьского бассейна в юго-восточной части моря. Кроме того, эти районы характеризуются максимальными значениями биомассы цианобактерий. Остальные районы Балтийского моря относятся к мезотрофному уровню.

1 район - Борнхольмский бассейн (15.2Е, 54.8 N, 17.4E, 56N) расположен восточнее о. Борнхольм. Максимальная глубина в том районе составляет 89 м. На рисунке 2 представлены осредненные для района среднемесячные значения концентрации хлорофилла «а» по данным сканера MODIS-Aqua за период с 2003 по 2018гг.

Baltic Sea Region 1
Рис.2. Среднемесячные значения концентрации Chl_a за 2003-2018 гг. для Борнхольмского бассейна (район 1)

Из рис.2 видно, что в основном значения концентрации хлорофилла «а» находятся в диапазоне от 2 до 7 мг/м³. И только весной и летом 2008 г. наблюдается максимальные значения 9-12 мг/м³. Также можно отметить летние значения концентрации хлорофилла «а» в 2011 и 2013 гг. – соответственно 7,5 и 8,5 мг/м³.

В годовом ходе концентрации хлорофилла «а» чётко прослеживаются 2 пика (зимний и летний) за исключением 2004 и 2005 гг. В эти годы концентрация хлорофилла «а» даже в летнее время не превышает 4 мг/м³, хотя в среднем составляет 5,5 -6,5 мг/м³. Также выделяются 2003 г. весенним максимумом и 2008 год зимним максимумом. В 2011 и 2013 гг. наблюдаются летние пики со значениями концентрации хлорофилла «а» 7,5-8,5 мг/м³.

На рис.3 представлены средние сезонные значения концентрации хлорофилла «а». Ярко выражен весенний (март, апрель, май) максимум 2008г. со значением 9,5 мг/м³. Аномалии концентрации хлорофилла «а»:

  • Весенний максимум 2003 г. - 8 мг/м³.
  • На протяжении 2004 - 2005 гг. наблюдаются низкие значения концентрации хлорофилла «а» - 3-4 мг/м³.
  • весна и лето 2008 г. - максимальные значения 9-12 мг/м³.
  • 2013 гг. летний пик 8,5 мг/м³.
  • Chl_a concentration for Baltic Sea Region 1
    Рис.3. Осредненный сезонный ход концентрации Clh_a для Борнхольмского бассейна (район 1)

    2 район – южная часть Восточного Готландского бассейна (17E, 55.1N, 20.4E, 56.8N). Как видно из рис.4, диапазон значений концентрации хлорофилла «а» для данного района находится в пределах от 2 до 8 мг/м³.

    Baltic Sea Region 2
    Рис.4. Среднемесячные значения концентрации Chl_a за 2003-2018 гг. для южной части Восточного Готландского бассейна (район 2)

    Также, как и для района 1, ярко выражен летний максимум 2008 года. Начиная с 2009 года не наблюдается аномальных пиков в значениях концентрации хлорофилла «а» для данного района.

    На рис.5 представлен сезонный ход концентрации хлорофилла «а». Средние сезонные значения для весны и лета находятся в диапазоне от 4 до 7,5 мг/м³.

    Chl_a concentration for Baltic Sea Region 2
    Рис.5. Осредненный сезонный ход концентрации Clh_a для южной части Восточного Готландского бассейна (район 2)

    Начиная с 2012 года сезонные значения концентрации хлорофилла «а» находятся в диапазоне от 2 до 6 мг/м³.

    Аномалии, года:

  • 2005 и 2008 гг. летние максимумы 10 и 14 мг/м³ соответственно.
  • 2018 г. зимний минимум 1 мг/м³.
  • 3 район (18.5Е, 60.5N, 20.9E, 62.8N) – Ботническое море.

    Baltic Sea Region 3
    Рис.6. Среднемесячные значения концентрации Chl_a за 2003-2018 гг. для Ботнического моря (район 3)

    Диапазон значений концентрации хлорофилла «а» для данного района также как и для 2 района (Восточный Готландский бассейн) находится в пределах от 2 до 8 мг/м³.

    Chl_a concentration for Baltic Sea Region 3
    Рис.7. Осредненный сезонный ход концентрации Clh_a для Ботнического моря (район 3)

    Аномалии, года:

  • 2005г. зима min 1,5 мг/м³.
  • 2016г. зима max 13 мг/м³.
  • 2017г. лето max 11,5 мг/м³.
  • 4 район (26Е, 59.65N, 28E, 60.2N) – Финский залив.

    Baltic Sea Region 4
    Рис.8. Среднемесячные значения концентрации Chl_a за 2003-2018 гг. для Финского залива (район 4)

    Диапазон значений концентрации хлорофилла «а» для данного района находится в пределах от 5 до 20 мг/м³.

    Chl_a concentration for Baltic Sea Region 4
    Рис.9. Осредненный сезонный ход концентрации Clh_a для Финского залива (район 4)

    Аномалии, года:

  • 2003г. зима max 25 мг/м³.
  • 2008г. зима max 25 мг/м³.
  • 2007, 2017гг. лето max 20 и 24 мг/м³.
  • Выводы:

    Концентрация хлорофилла «а» неодинакова в различных районах Балтийского моря и зависит от условий среды, в особенности от температуры и наличия биогенных элементов.

    Пространственно-временные характеристики цветения цианобактерий в Балтийском море за период с 2003 по 2019гг.

    Одной из наиболее актуальных экологических проблем Балтийского моря является эвтрофикация (Larsson et al., 1985; Elmgren, 1989; Rosenberg, 1990; Nehring, 1992; План действий ХЕЛКОМ, 2008) - процесс повышения биологической продуктивности и ухудшения качества вод, вызванный избыточным поступление биогенных элементов, прежде всего азота и фосфора, под воздействием антропогенных и естественных факторов (HELCOM, 2006; Schiewer, 2008).

    Избыток питательных веществ приводит к резкому увеличению биомассы фитопланктона и первичной продукции, отмечается массовое развитие цианобактерий (сине-зелёных водорослей), некоторые виды которых являются токсичными. В результате прозрачность воды уменьшается, происходит накопление органического вещества, на окисление которого расходуется кислород, что при возникновении стагнации может привести к дефициту кислорода или анаэробным условиям. Изменение газового и светового режимов неизбежно сопровождается структурными изменениями состава сообществ гидробионтов. Сравнительно небольшой объем, мелководность, длительный период обновления вод, дробление на отдельные бассейны со специфическими особенностями водообмена между ними и устойчивая стратификация водных масс обуславливают высокую чувствительность морской экосистемы Балтийского моря к эвтрофированию (Савчук, 2005; HELCOM, 2009).

    Наиболее сильные цветения наблюдались в 2003, 2005, 2006, 2014, 2015 и 2019 годах. Средние значения приходятся на 2008, 2009 и 2018 гг., небольшие проявления цветения наблюдались в 2010, 2011, 2012, 2013, 2016 и 2017 гг., и совсем не наблюдались в 2004 и 2007 гг. Максимум цветения цианобактерий приходится на июль месяц, иногда захватывая август. В другие периоды цианобактерии практически не отмечаются.

    На следующих рисунках представлены наиболее типичные для районов исследования ситуации проявления цветения цианобактерий по данным EOSW. Можно отметить, что в Ботническом море (3 район) цветения цианобактерий практически не наблюдается. В основном этому процессу подвержена центральная часть Балтики (включая районы 1 и 2) и в незначительной степени район Финского залива.

    01 августа 2003г
    Рис.10. Проявление цветения цианобактерий 01 августа 2003г.
    26 июля 2019г
    Рис.11. Проявление цветения цианобактерий 26 июля 2019г.
    08 июля 2005г
    Рис.12. Проявление цветения цианобактерий 08 июля 2005г.

    Литература:

    План действий ХЕЛКОМ по Балтийскому морю. Спб.: Диалог, 2008. 112 с.

    Савчук О.П. Исследование эвтрофикации Балтийского моря // Исследование океанов и морей: Труды ГОИН. 2005. Вып. 209. с.272-285.

    Elmgren R. Man's impact on the ecosystem of the Baltic Sea: energy flows today and at the turn of the century // Ambio, 1989, № 18, pp.326-332.

    Hakanson L., Bryhn A.C. Eutrophication in the Baltic Sea. Present situation, nutrient transport process, remedial strategies, Springer, 2008, 264 pp.

    HELCOM. Development of tools for assessment of eutrophication in the Baltic Sea // Baltic Sea environmental proceedings, 2006, № 104, 64 pp.

    HELCOM. Eutrophication in the Baltic Sea - An integrated thematic assessment of the effects of nutrient enrichment and eutrophication in the Baltic Sea region. // Baltic Sea Environment Proceedings, 2009, № 115B, 148 pp.

    HELCOM. Eutrophication status of the Baltic Sea 2007-2011. A concise thematic assessment. Baltic Sea Environment Proceedings, 2014, № 143, 41 pp.

    Larsson U., Elmgren R., Wulff F. Eutrophication and the Baltic Sea: causes and consequences //Ambio, 1985, № 14, pp.9-14.

    Nehring D. Eutrophication in the Baltic Sea. Science of the Total Environment, 1992, pp.673-682.

    Rosenberg R., Elmgren R., Fleischer S., Jonsson P., Persson G., Dahlin H. Marine eutrophication case studies in Sweden // Ambio, 1990, № 19, pp.102-108.

    Schiewer U. Ecology of Baltic coastal waters. Springer-Verlag, 2008, 430 pp.


    Примеры проявления цветения цианобактерий в Балтийском море

    1358x1370 (243.27 KB)
    16.07.2003
    1358x1370 (248.93 KB)
    17.07.2003
    1358x1370 (281.21 KB)
    01.08.2003
    1372x1312 (207.07 KB)
    04.07.2005
    1372x1312 (263.87 KB)
    08.07.2005
    1658x1082 (288.88 KB)
    14.07.2005
    1496x836  (178.55 KB)
    12.07.2006
    1824x990  (225.58 KB)
    31.07.2008
    1350x732  (113.00 KB)
    17.07.2009
    1764x1070 (321.21 KB)
    20.07.2010
    1934x992  (255.40 KB)
    02.08.2011
    1934x992  (261.56 KB)
    04.08.2011
    1934x992  (226.35 KB)
    26.07.2012
    1122x816  (100.31 KB)
    05.08.2012
    1426x816   (98.08 KB)
    07.07.2013
    1426x816  (156.82 KB)
    25.07.2014
    1456x908  (199.62 KB)
    26.07.2014
    1456x908  (195.55 KB)
    29.07.2014
    2016x1366 (458.00 KB)
    10.08.2015
    1476x1220 (175.81 KB)
    14.08.2015
    1928x1406 (429.34 KB)
    27.07.2016
    1436x938  (206.84 KB)
    23.07.2017
    1882x1252 (336.33 KB)
    25.07.2018
    2252x1422 (572.86 KB)
    26.07.2019

    Remote Sensing Department (together with LLC "DVS LTD")
    Federal State Budget Scientific Institution Federal Research Center "Marine Hydrophysical Institute of RAS"
    2, Kapitanskaya St., Sevastopol, 299011, Russian Federation
    Phone: +7 (8692) 54-50-65
    © 2002—2020

    If you have a questions or comments about this site, please send mail to webmaster