Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Гидрометеорологические факторы и колебания численности молоди трески и эвфаузиид Баренцева моря

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Гидрометеорологические факторы и колебания численности молоди трески и эвфаузиид Баренцева моря"

ЛЕИККГРАДСК^: ПИРО'.ЭТЕОРОЛОГНЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БОЙЦОВ ВЛАДИМИР ДН'17РПЕВЕ1Ч

БАРЕНЦЕВА ЖРЯ

(специальность 11.00.08 - океанология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград 1990

Работа выполнена в Полярном научно-исследовательском институте морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н. М. Книповича (ПИНРО)

Научный руководитель: кандидат географических наук А.П. Алексеев

Официальные оппоненты:

доктор географических наук А. Е. Антонов кандидат географических наук В. А. Плотников

Ведущая организация:

Всесоюзный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО)

Защита состоится "20" г. б час.

на заседании специализированного совета Д 063.19.01 Ленинградского гидрометеорологического института по адресу: 195196, Ленинград, Малоохтинский проспект, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГМИ Автореферат разослан " 12 " • НОЯБРЯ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Л.Н. Карлин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Планирование объемов вылова морских гидробионтов базируется на оценках величины их запасов, слозшые меягодовые колебания которых з значительной степени зависят от изменчивости пополнения промысловых объектов. Уровень ке пополнения формируется в период ранних стадий развития организмов, когда велико влияние абиотических факторов на их выживание. Поэтому большую экономическую и природоохранную значимость имеют исследования изменчивости параметров состояния водных масс, в которых проходит развитие гидробионтов, и математическое моделирование динамики численности молоди и взрослых особей с учетом особенностей воздействия на них физико-химических процессов, протекающих в атмосфере и гидросфере. Такие модели менгсдозых колебаний численности основного промыслового вида рыб Баренцева моря - аркто-норвекской трески и кормового зоопланктона - эвфаузиид необходимы для создания комплекса мер по рациональней эксплуатация биологических ресурсов зтого водоема.

Цели и задачи. Основная цель исследований - разработка методов прогноза численности молоди аркто-норвекской трески (Оадаэ и&гЬиа ь. ) и молоди одного из её важных кормовых объектов - баренцэзоморских эвфаузиид на основе выявления степени и специфики воздействия на эти виды океанографических факторов. Достижение поставленной цели осуществлялось путем последовательного решения двух задач: первая включала поиск и анализ закономерностей пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических показателей, характеризующих условия обитания организмов, а вторая состояла в том, чтобы с помощью математических методов выделить функционально важные для развития моло-

ди трески и эвфаузивд факторы среды и определить параметры моделей динамики численности гидробконтов.

Научная новизна. Впервые для Баренцева моря выявлен спектральный состав сезонных и многолетних колебаний индексов зонального, меридионального и результирующего переноса воздашых масс, а такае установлены особенности пространственной изменчивости их интенсивности. Показана возможность использования этих индексов при изучении влияния атмосферной циркуляции на формирование неоднородкостей в распределении океанографических характеристик и при анализе её косвенного воздействия на биологические процессы в Баренцевом море. Определены параметры внутригодового хода температуры воды на различных горизонтах и время наступления гидрологических сезонов. Эти показатели использовались в качестве абиотических факторов при исследовании влияния среды обитания гидробиоцтов на динамику их численности.

Впервые установлена частотная структура межгодовых колебаний численности молоди баренцевоморских эвфаузиид ih^sanoessa inormis (Кгоуег) И Thjsaaoesaa raschii (li. Bars), а также некоторых гидрометеорологических показателей; Определена степень сопряженности адекватных по периоду кзазициклическях изменений численности молоди макросланктона и параметров среды. С помощью информационно-логического анализа, .ранее не применявшегося' в научно-промысловых исследованиях, установлены основные факторы, регулирующие урожайность поколений аркто-норвежской трески на стадии молоди.

Практическая ценность. Результаты выявленных закономерностей внутригодовых изменений температуры вода и продолжительности гидрологических сезонов в южной части Баренцева моря представлены в научно-справочном пособии "Моря

_ з -

СССР" и в рекомендациях ПИНРО по промыслу рыбных и" нерыбных объектов в прибрежной зоне Мурмана. Методический прием, предложенный в работе для выделения и анализа сопряженности адекватных а по периоду квазициклическкх колебаний численности эвфаузиид и гидрометеорологических показателей, монет быть использован при поиске параметров моделей динамики численности других гддробл-онтов. Разработанные схемы заблаговременной оценки численности молоди эвфаузиид (заблаговременное!ь около шести месяцев) и трески (заблаговременность около года) применяются в прогностической практике Полярного института длл предсказания состояния кормовой базы рыб и определения величины пополнения промыслового стада трески.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях по промысловой океанология (Калининград, 1979) и промысловому прогнозирования (Мурманск, 1983, 1989), Ш советско-норвежском симпозиуме (Мурманск, 1986), Всесоюзном совещании "Полярная метеорология на службе народного хозяйства" (Мурманск, 1989). В полном объеме диссертация докладывалась на отчетной сессии Ученого совета ПИНРО (1990), межлабораторных семинарах 1ШНР0 (1990) и ЛГШ (1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано II работ, из них 2 в соавторстве.

Структура и объем диссертации. Содеряание диссертации изложено на 108 страницах машинописного текста, иллюстративный материал представлен 26 рисунками к 7 таблицами. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из IS2 наименований, из них 42 на иностранных языках,и приложения, в которое включены дополнительные таблицы

и тексты программ, составленных автором и использованных для расчетов ка ПЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновываются перспективность и актуальность выбранной теш, определяются цели и задачи исследований, показаны научная новизна, практическая ценность результатов, логическая связь отдельных этапов (глав) работы. Эта связь состоит в том, что результаты анализа особенностей сезонной и межродовой изменчивости интенсивности воздушных потоков над водной поверхностью Баренцева моря и температуры его вод, как факторов, имеющих большую экологическую значимость для гвд-робионтов, использовались при изучении влияния гидрометеорологических процессов на урожайность поколений эвфаузиид. Но .поскольку этот отряд ракообразных является ванным кормовым объектом аркто-норвекской трески, то обнаруженные закономерности межгодовых колебаний параметров абиотической среды и численности эвфаузиид учитывались при разработке моделей динамики численности молоди трески. Экологическим обоснованием исследований по данной схеме является то, что гвдробионты и факторы окружающей их среды, особенности изменчивости которых нами изучались, представляют собой компоненты одной экосистемы Баренцева моря.

В первой главе приводятся результаты анализа пространственно-временной изменчивости- интенсивности зональных и меридиональных воздушных переносов над Баренцевым морем, которые, участвуя в формировании океанографических условий продуктивности вод, косвенно воздействуют на биологические процессы к явления в водной среде. Б качестве количественных параметров динамического состояния атмосферы е работе использованы пять разновидностей индексов, предлокенных А. Л. Кацем (1960) и

- ь -

;.В. Кондратовичем (1975), а также шесть производных от них показателей, рассчитанных нами за период с 1301 по 1982 гг. для )трезков меридианов 2С°, 40° и 60° в.д. меящу 70-80° с.ш. и на участке параллели 7С° с.ш. мезду 10-30° и 30-50° в.д.. Для исследования структуры знутригодоЕЫх и многолетних колебаний интенсивности воздушных потоков был применен глетод спектрального анализа (Григоркина, Губер, Фукс, 1973; БсМсЬеЗапа, Зоиеп, 1977).

Расчет статистических оценок, характеризующие отдельные составляющие сезонных колебаний интенсивности воздушных потоков над Баренцевым морем, позволил еыявить наличие у большинства показателей циркуляции атмосферы доминирующего ритма о периодом 12 месяцев. Слабо выражена годовая цикличность в изменениях индексов западного (¿«О и северного (ста) переносов воздуха, у которых в спектрах внутригодовых колебаний преобладают вариации длительностью 5-6 и 9-10 месяцев соответственно.

В течение года над Баренцевым морем в зональном переносе результирующими являвтея восточные потоки воздуха, интенсивность которых в холодный период с ноября по-апрель в 1,6 -2,2 раза превышает западную составляющую. Максимум сезонного хода всех показателей зональной циркуляции атмосферы чаще всего наступает в феврале-марте, а минимум в июне-ише. В это время наблюдается соответственно увеличение и уменьшение межгодовой изменчивости индексов воздушных переносов.

Спектральная структура межгодовых колебаний показателей интенсивности зональных воздушных потоков над Баренцевым морем характеризуется тремя группами периодичностей: трендовые изменения, продолжительностью 15-29 лет и вариации длительностью 3-8 лет. Вклад тренда в общую изменчивость индексов зональной циркуляции атмосферы достигает 30-40/5. Исключение сосгав -лют пока-

затели восточного переноса, у которых тенденция выражена слабо. Амплитуда ментоловых колебаний всех индексов зональных воздушных потоков больше амплитуда их сезонных изменений. Минимальное превышение имеет восточный перенос (1,3 раза), максимальное - западный (3,2 раза).

В сезонных изменениях интенсивности переноса воздуха над Баренцевым морем в меридиональном направлении на протяжения большей части года установлено преобладание южных воздуаных потоков над северными, достигающее в декабре-феврале двухкратного превышения. В мае и июне обычно скорость перемещения воздуха с севера выше, чем с юга.

Существенный вклад в общую изменчивость показателей меридионального переноса воздушных масс над южной частью Баренцева моря вносят их межгодовые колебания, амплитуда которых соизмерима или больше амплитуды сезонных климатических изменений. Анализ спектральной структуры колебаний интенсивности меридиональных воздушных потоков показал, что в меягодовые изменения индексов циркуляции (¿Га), воздухообмена и северного переноса (Оп) значительный вклад вносят трендовые компоненты (соответственно 18, 48 и 42Я . У показателей южных потоков воздушных масс (аз) тренд выраяан слабо. Полицикличность изменчивости индексов меридиональных переносов проявляется в наличии, помимо тенденций, вариаций продолжительностью у ^ 24 года и 13 лет, й ¡ие - 12-15 И 3-5 лет, ¿п - 23, 12 и 8 лет.

В течение всех сезонов интенсивность зонального воздухообмена аз (интегральный показатель переноса воздуха в зональном направлении) над Баренцевым морем больше меридионального Лп (интегральный показатель циркуляции атмосферы вдоль мери-, дианов). С мая по октябрь это превышение является не?нячи-

тельным, тогда как в остальную часть года интенсивность зонального переноса в 1,2 - 1,3 раза превосходит интенсивность меридионального. В холодный период, когда наблюдается .усиление ° ветровой деятельности над морем, результирующий поток воздуха имеет северо-западное направление. В июне-августе циркуляционные процессы ослабевают и преобладающим в это время является восточный перенос. Это хорошо согласуется с данным береговых гидрометеорологических станций.

Анализ сопряженности меягодовых изменений индексов циркуляции атмосферы и гидрофизических, а также промысдово-биологи-ческих показателей позволил установить, что параметры интенсивности воздушных потоков могут быть использованы при изучении влияния факторов среды на динамику численности и распределение гидробконтов.

Во второй главе рассмотрены особенности сезонных изменений температуры воды Баренцева моря. Этот параметр термодинамического состояния водных тсс занимает особое место среди экологически ваякых факторов среди, поскольку оказывает сильное прямое и косвенное злияние на развитие морских организмов всех трофических уровней. Изменчивость температуры вода в Баренцевом море носит полициклический характер с хорошо выраженной годовой периодичностью, которая в определенной степени обуславливает сезонный ритм э развитии биологических процессов, играющих исключительно ваяную роль в жизни гидробионтов умеренных и полярных широт.

Но многолетним наблюдениям (1921-1985 гг.) на основных стандартных разрезах юглой части Баренцева моря нами были определены параметры климатического сезонного хода температуры воды и установлено время запаздывания его экстремумов с глубиной.

На горизонте 200 м минимум температуры вода наступает на 1-2, а максимум - на 3-4 месяца позне, чем в поверхностном слое. Сроки качала кормовых и зшовально-нерестознх миграций рыб в Баренцевом мере связаны с моментами появления в годовом ходе экстремальных значений температуры воды. Это наиболее заметно у донных гидробионтов. Установлено, что начало летней миграции трески ка восток может задергиваться, если минимум тзмяературы вода придонного слоя наступает позже обычного. При сдвиге сезонного максимума тешературы воды у дна ка более поздние сроки продолжительность откорма трески в юго-восточных районах Баренцева моря увеличивается и поэтому чаще всего происходит задержка зимовально-нерестсвых миграций рыбы на запад.

Интенсивность и объем поступающих в Баренцево море относительно теплых и соленых вод атлантического дроисхоздеягя, а кроме того степень их трансформации и взаимодействия с арктическим* и прибрежными водами, такге*испытывают сезонные изменения. Это вызывает внутритодовые вариации пространственного положения границ основных водных масс водоема, что часто влечет за собой еда; ареала гидробионтов и другие явления в экосистемах. Поэтому данные о соотношениях объемов вод разного генезиса могут служить в качестве индикаторов состояния среда обитания организмов при исследованиях воздействия океанографических условий на биоценоз

Климатическое положение границ водных масс юго-западной части Баренцева моря и характер внутригодовой изменчивости их пространственной структуры в работе определялись в вертикально!: плоскости разрезов м. Нордкап - о-в Медвежий (йЗ), по 30° в. д. (й4) и "Кольский меридиан" (J£6) для четырех сезонов. В качеетт основного приема выделения водных масс был использован мето; "норм", который базируется на наличии тесной линейной зависимое

ти между температурой и соленостью вод система Гольфстрима и её отсутствии для неатлантических вод (Адров, Смоляр, 1987). При < этом в схему расчета нами введены коррективы на сезонную изменчивость температуры воды верхнего 100-метрового слоя, в пределах которого в Баренцевом море внутригодовые колебания данного параметра велики.

Анализ положения границ водных масс и изменчивости их Т,3-шдексов в югс-заяадной части Баренцева моря показал, что в холодный период года в слое 0-2С0 м атлантическая вода, пройдя расстояние от разреза м. Нордкап - о-в Медвежий до разреза "Кольский меридиан", в сраднемноголетнем охлаждается на 1,6 - 2,0 °С, а в. теплый сезон температура воды уменьшается на 0,9 - 1,2 °С. Минимальное понижение солености воды верхнего 200-метрового слоя в,стрежне потока атлантических вод на этом отрезке наблюдается летом (0,02-0,04$»), а максимальное - весной (0,06-0,13&,).

Участок разреза "Кольский меридиан" между 3-ей С-Р = 70°30* о.ш., А = 33°30' в.д.) и 7-ой « 72о30* с.ш.= 33°30' в.д.) станциями от поверхности до 200 м занимают не атлантические вода, как это считается, а смешанные ( атлантические с прибренны-ми). Поэтому изменчивость показателей этих вод зависит не только от особенностей их колебаний в атлантической водной массе до момента её взаимодействия с прибрежными водами, но и от изменений параметров самих.прибрежных вод, а также от процентного содержания каждой из них в смеси.

Кроме внутригодозых изменений пространственное положение границ водных масс испытывает и межгодовыв колебания. Как показал анализ, объём атлантических вод в южной части Баренцева моря возрастает в гидрологически теплые годы, а в аномально холод-

ные эта водная масоа может совсем здесь отсутствовать в "чистом виде". Это приводит к ряду биологических последствий. На примере холодного 1978 и теплого 1983 годов показано, что одной из причин значительных различий урожайности поколений трески, пикш и зоопланктона являются неодинаковые условия заноса их икры и личинок из Норвежского моря в юз?яую часть Баренцева моря. К числу важных показателей условий перераспределения ранних стадий гид-робионтов в пределах ареала относится объём поступающих в .Баренцево море атлантических и прибрежных вод, в которых происходит дрейф икрн и личинок на восток. В 1378 г. объём атлантических вод в юнной части Баренцева горя был мал, а поколение рыб и зоопланктона оказалось' бедным. В 1983 г., напротив, отмечалось значительное увеличение объёма вод атлантического происховдения и мурманской прибрежной водной массы в исследуемом водоёме, что послужило одной из причин формирования высокой численности этого поколения гидробионтов.

В течение года меняются яе только абсолютные значения температуры воды, но.и характер её ' вертикального распределения. Существование различий в степени стратификации _ водных масс, наиболее ярко выраженных меаду. зимним (квазиизотермия) и летним (наличие резкого термоклина) периодами, позволило нам использовать этот признак для выделения гидрологических сезонов в Баренцевом море. ..•'.•'

Гидрологическая зима является самым продолжительным сезоном и длится от пяти месяцев в прибрешой зоне Мурмана до семи месяцев в районе глубоководной западной части Баренцева моря. Обычно зима начинается в ноябре и заканчивается во второй половине мая. Продолжительность весны на западе моря .составляет два месяца и сокращается до одного на востоке. У берегов Мурмана

этот сезон наступает на месяц раньше, чем в мористых районах. Анализ сопряженности многолетних изменений сроков начала и про- с должительности весны в пеной части Баренцева моря показал, что при раннем развитии весенних гидрологических процессов продолжительность весны как правило увеличивается. При позднем наступлении этого сезона происходит быстрое развитие стратификации вод верхнего ЮС-метрового слоя.

Летний сезон в юкной части Баренцева моря длится около трех месяцев, но на западе водоёма в атлантических водах он в два раза короче. Здесь и в центральной частях моря з первой половине октября (на месяц раньше, чем на востоке) начинают развиваться гидрологические процессы, характерные для осеки, продолжительность которой везде одинакова - около полутора месяцев.

. Выполнено сопоставление сроков начала и длительности гидрологических сезонов и годового хода численности фитопланктона в атлантических водах Баренцева моря. Существует хорошая согласованность в изменениях численности водорослей и границ гидрологических сезонов. В годовом цикле развития фитопланктона особое значение имеет весенний период, когда закладывается уровень первичной продуктивности вод данного года. Этот сезон является ванным также для зоопланктона и рыб, поскольку у них в это время появляется потомство. Поэтому данные о сроках начала и продолжительности гидрологической весны в южной части Баренцева моря использовались в настоящей работе вместе с другими гидрометеорологическими параметрами в качестве факторов среды при выявлении их елияния на динамику численности молода двух массовых (около 90% от общзго фонда) аркто-бореальных видов эвфрузиид -ль. 1пеии.з и1'Ь. гаясЫ.! , важных кормовых объектов пелагических и денных рыб. Результаты этих исследований изложены в третьей главе.

Наиболее многочисленной возрастной группой баренцевоморских эвфаузиид является молодь (возраст 0+), по уровню численности которой можно судить об урожайности каждого поколения и величине ежегодного пополнения кормовой базы рыб. Учитывая большую практическую значимость сведений о состоянии 'объектов питания рыб, в настоящей работа рассмотрены особенности межгодовых колебаний численности молода ть. 1пегш.з и ть. газсЬИ по данным многолетних (1352-1985 гг.) наблюдений, проводимых Полярным институтом, за распределением и численностью зоопланктона в Баренцевом море.

Главным регулятором .урожайности поколений эвфаузиид (они относятся к группе макропланктока) считается смертность особей на ранних стадиях их развития, уровень которой в значительной степени зависит от изменчивости факторов внешней среда во время воспроизводства,и выживания молоди (Дробышева, 1985). Поэтому нами были отобраны гидрометеорологические параметры, период действия которых приходится на весенний И летний сезоны, когда развеваются икра, лтикш я ранняя молодь макропланктока. В качестве основных абиотических факторов, оказывающих влияние на условия формирования численности поколений эвфаузиид, использовались: I) температура верхнего слоя вода, 2) сроки начала и продолжительность гидрологической весны, которые; определяют интенсивность развития весенне-летней вегетации фитопланктона, являющегося кормом эвфаузиид, 3) показатель интенсивности и направленности атмосферной' циркуляции у поверхности моря, косвенно регулирующей расселение молоди макропланктона на акватории Баренцева моря.

Первоначально с помощью корреляционного-анализа была выполнена оценка тесноты стохастической связи дюлгодовых колебаний показателя численности молоди двух видов эвфаузиид и выб-

- 1-3 -

ранных гидрометеорологических параметров. Расчеты показали! что коэффициенты как парной, так и множественной корреляции при различном сочетании абиотических факторов являются статистически малодостоверными. Однако полученные результаты могут свидетельствовать не-об отсутствии воздействия показателей знойней среда на .урожайность поколений эвфаузиид, а о том, vtc рассма-ср.тваелые процессы, имеют полициклический характер и формируются из составляющих .разных временных масштабов, 7.е. наблюдаемое колебания представляют собой суперпозицию более простых, устойчивых ззо времени квазициклических колебаний разного периода и амплитуды. При этом доминантные компоненты, входящие в состав сложных колебаний сопоставляемых параметров, могут быть генетически и статистически не связаны между собой, тогда как между друг "¡.к периодичности! существует сопряженность, и наоборот. Это предположение нами было, принято в качестве рабочей гипотезы, проверка которой состояла в исследовании частотной структуры колебаний численности молоди эдфаузиид и гидрометеорологических факторов, оказывающих влияние ка внзвпгааие организмов в райкеи онтогенезе, а такке сопоставление доминирующих в спектрах этих параметров цикличкостей.

На первом этапе анализа.из исходных рядов динамики показателей урожайности поколений ть. insrals и ть. rascbii л выбран,- • них параметров среда методом наименьших квадратов были выделены трендовые компоненты и найдены их аналитические выражения. Расчеты показали наличие в многолетних колебаниях численности молоди этих двух видов (шсропланктона полиномиальных трендов третьей степени, вклад которых в общую изменчивость величины пополнения Th. inerais составляет около 22% к Th. rg.sob.ii - 49JS. Уравнения трендовнх составляющих имеют следующий вид:

«РЬ. Шогпйе: Утр.= 1,477? + 0..0359Т + 0.0017Т2 - 0.0001Т3, ТИ. гавсШа: У'то = 1,4909 + 0,08311'- 0.С010Т2 - 0,0002Т3, где Т - независимая переменная (время).

Исследования причин существования определенного вида тенденций в колебаниях урожайности поколений эвфаузиид южной части Баренцева моря позволили установить, что они являются результатом комплексного влияния долгопериодных изменений следующих факторов, каждый из которых вносит определенный вклад в процесс медленно меняющихся условий развития организмов в раннем онтогенезе: температура воды, продолжительность, гидрологической весны, интенсивность воздушных потоков западного направления над морской поверхностью, численность основных видов рыб, питающихся зоопланктоном.

После выполненного анализа тренда элиминировались путём их вычитания из исходных рядов динамики тех показателей, в. которых тенденции составляли от общей изменчивости 105? и более. Это позволило устранить или сильно уменьшить нестацзонарность процессов по математическому ожиданию. Затем все выборки были подвергнуты высокочастотной фильтрации методом скользящей средней с линейным к нелинейным распределением весовых функций. Выбор этого приема для разделения сложных по частотной структуре колебаний на ряд компонент различной продолжительности основан на том, что обычно изменения составляющих гидрометеорологических и биологических показателей не носят строго регулярный характер, а их периодичность проявляется только в среднем. Поэтому аппроксимировать такие хвазшдаушческие колебания периодическими Функциями (например, разложением на гармонические составляющие) является нецелесообразным.

В результате проведенной высокочастотной фильтрации с по-

мощью скользящего среднего было выявлено, что в многолетних изменениях численности молоди ТЬ.1пега1з присутствует квазицнкли-ческие колебания длительностью 13-14 и 6-0 лет, которые вносят соответственно 18 и 295? в общую изменчивость этого показателя. Аналогичные периоды изменений на том г.е временном отрезке тлеют средняя температура воды (Х|) слоя 0-50 м на разрезе "Кольсклй меридиан" в апреле-коле (12-13 лет) и продолжительность гидрологической весны (Х9) з юго-западной части Еарэнцева коря (6-8 ^ лет). Оценка сопряженности выявленных квазпцихлически:: колебаний численности молоди эвфаузикд (") и океанографических факторов показала наличие высокой корреляционной связи между ними при опережающем на год изменении параметров среды (Р- = 0,905, п = 27). Эта связь аппроксимируется следующим уравнением множественной регрессии:

У = 0,705 + 0,524 Х-,- - 0,029 Х2 .

После исключения ^квазицзклических низкочастотных компо-неят из ряда динамики численности молоди ТЬ. 1пегш в былл получены оценки значений, характеризующие короткоперпедные флюктуации пополнения макропланггона с периодом 2-4 года, вбирающие около 30£ дисперсии. В результате поиска наиболее информативных факторов среды, оказывающих влияние на урожайность поколений ТЬ. 1пега1э в диапазоне этих колебаний, выявлены три параметра, изменения' средней величины нормированных значений (X) которых хорошо согласуются с мекгодоЕкми высокочастотными флюктуацедаи индекса пополнения эв-таузиид (У). Коэффициент корреляции этой связи равен г 0,785, ( п 28), а уравнение регрессии имеет следующую запись: У = 0,426 X - 0,012.

Обработка данных выборки, характеризующей многолетнюю дика-

-•• 1С -

ми:су численности другого вида баренцевоморских эвфаузиид ■ ТЬ. газсЫо. в возрасте 0+, с исключенной тенденцией методом скользящей средней также позволила выявить в изменениях этого пока-гателя квазициклические колебания продолжительностью около 14 лет, вклад которых ь общую изменчивость составляет 18$. Вариации аналогичного периода обнаружены в колебаниях средней температур:! вода слоя 0-50 м в мае-августе и разности между температурой воды этого слоя в июле и мае в юго-восточной части Баренцева моря. Наибольшая сопряженность между изменениями численности молоди ть. габсьп СЛ и параметром теплового состояния водных масс (X) на частоте квазичетырнадцатилетних колебаний (она была аппроксимирована Полиномом второй степени) имеет место при сдвиге показателя урожайности макропланктона на один год вперед (в = 0,96?). Уравнение этой связи имеет следующий вид: У = 0,119 + 0,472 X - 0,040 X2.

После исключения из исходного ряда динамики относительного показателя численности молоди ТЬ. гавсЬИ трендовой и квази-четырнадцатилеткей компонент з остатке были получены значения, характеризующие короткопериодные' флюктуации этого параметра продолжительностью 2-3 года, вклад которых'составляет около 33$ ■общей изменчивости этого показателя. С помощью такой же вычислительной процедуры удалось выделить высокочастотные' колебания аналогичного периода в изменениях комплексного показателя теплового состояния водных масс верхнего 50-метрового слоя в мае-азгусте а восточной части Баренцева моря. С помощью скользящего корреляционного анализа межгодовых короткопериодних изменений этого параметра и индекса численности молоди г&асЫЛ Установлено, что знак связи мелду нши меняется через семь лет. При этом положительная корреляция наблюдается на Бет-

ви подъёма квазициклкчесхсй 14-летней рхм.шсиеяти, а 2 течение последующих семи лет до наступления минимума долгопериодной составляющей - отрицательная. Наличие постоянного периода, с которым меняется знак связи а течение достаточно продо;:гительного времзки (31 год),-позволяет сделать предгтолокенае о возможности сохранения такой структуры колебаний сопоставляемых показателей и в .дальнейшем. Поэтому для предсказания изменений уроззайностп поколений этого вида макролланктона были найдены регрессионные уравнения, аппроксидзруюццге положительвдс и отрицательную связи мезду численностью молоди эвфаузиид и параметрами среда.

Таким образом, межгодовые изменения численности молоди эв-фаузияд хиной части Баренцева моря в возрасте около года У (t) формируется в результате наложения друг на друга трендовой составляющей z(t), имеющей вид полинома третьей степени, квазвцпк-личэских g(t) долгопериодных компонент ( 13-14 и 6-8 лет для Th. inerais и около .14 лет для Th.. rascbil) а высокочастотных 24-летних вариаций ДЪ). В общем виде это можно записать:

7(a) = 2(t) + g(t) + f(t). Наличие идентичных периодов колебаний s спектрах некоторых гидрометеорологических параметров и тесной сопряженности с кгази-цаклическлмя изменениями величины урожайности макрояланктона позволило разработать схему покомпонентного прогноза численности молоди ть. ineraia и ть. raschii с заблаговременном ко okoiîo шести месяцев. При этом эффективность метода ка зависимом материале в сравнении с климатическим методом составила для .первого зада 2С%, а для второго - 24.?. Это позволило использовать данную схему расчета в практической деятельности ПИНРО. Существование сложной внутренней структуры колебаний численности молода эвфаузидд предполагает постоянный контроль за характером изме-

нений во времени каддой компоненты и проверку степени оопрянен-ности с ними составляющих абиотических факторов.

В чьтв.ёрто-й главе представлены результаты разработки прогностических моделей динамики численности аркто-лорзекской трески в возрасте неполных двух (1+) и трех (2+) лет. Сведения о мощности поколений трески на стадии молоди используются Полярным институтом для определения величины пополнения промыслового стада рыбы в южной части Баренцева моря.

/для создания схем прогноза промыслово-биологических показателей обычно применяются методы корреляционного и регрессионного анализов. Однако использование регрессионных моделей в промысловом прогнозировании нередко приводит к значительным ошибкам, поскольку коэффициенты уравнений, оцениваемые чащо • всего по коротким выборкам, бистро изменяются во времени. Это связано с тем, что дал ние многих измеряемых параметров нестационарны по математическому ожиданию и дисперсии, их распределение отличается от нормального, а причинно-следственные связи в системе организм-среда в большинстве случаев многофакторны и нелинейны.

Для разработки прогностических моделей дана!,гак:? численности молоди трески нами использован информационно-логический анализ, так как для его применения перечисленные выше трудности не являются препятствием (Эшби, 1966). В биологических системах функционирование организмов зависит от целого комплекса факторов, имеюгдах разное экологическое значение и вес. В информационно-логическом анализе для определения степени эффективности передачи информации от каждого фактора к изучаемому явлению, а также для установления их приоритета по сила воздействия на гид-робиолты используется коэффициент сёязи, вычисляемый по формуле:

% = 1УгХ / Н(Х),

где К^ - коэффициент связи; х - количество информации, передаваемое от фактора X к явлению У; Н(Х) -еятроштя фактора X.

Поиск наиболее .устойчивых каналов связи и расчет индексов её силы нами проводились по данным учета отдельных поколений трески в южной части Баренцева моря за период с . 1952 по .1982 годы, а также 18 факторов для молода в возрасте неполных дз.ух и 21 фактора для молода в возрасте неполных трех лет. Неходкие данные всех параметров били представлены в кепараметричеснсм виде - в баллах. При этом использовался квазиравновероятностннй трехбалловый интервал разбиения диапазона изменчивости каждого фактора. Представление исходных данных в кепараметрическои виде позволяет с помощью информационно-логического анализа оценить силу связи ке только между явлением и факторами в целом, но и между отдельными диапазонами состояний сопоставляемых дара/лет-роз. Перекодировка также дает' возможность частично устранить имеющиеся систематические и случайные ошибки е изменениях океанографических и особенно промыслозо-бкологичеониз показателей, которые очень трудно определить и отфильтровать другими способами.

Уровень численности определенного поколения аркто-порвежс-кой трески формируется,глазным образом,в течение первых двух лет низя.4, когда количество и качество пищи, хищничество и физические факторы оказывают наиболее существенное влияние на смертность рыбы. Причем в пределах этих лет са'.тая высокая вероятность ее гибели под воздействием внешних причин наблюдается во время двух этапов развития ранних стадий трески: первый -развитие икры я выживание пелагических личинок и малькоз, второй - зимовка донной молоди. Поэтому'» качестве Факторов среды ис-

пользовались показатели теплового•состояния водных масс, продолжительность гидрологической весны и индексы атмосферной циркуляции над квдой, частью Баренцева моря в критические периода жизни трески, а такжз сведения о численности кормового зоопланктона, воспроизводительной способности популяции трески и её численности ¡1а более ранних стадиях развития.

Проверка эффективности полученных моделей динамики численности молоди трески осуществлялась на контрольных (независимых) массивах, в которые вошли данные за 1983-1986 гг..

Анализ коэффициентов силы связи медду показателями численности поколений трески в двухлетнем возрасте и факторами среды позволил выделить шесть параметров, имеющих наиболее ияформа- ■ 1'Ешше каналы передачи сведений о состоянии прогнозируемого явления. Самоа сильное влияние на условия формирования пополнения вида оказывает фактор, который характеризует численность молоди трески в возрасте С+, т.е. мощность поколения на стадии сеголетка. Вторым по значимости параметром является температура вода придонного слоя в период первой . зимовки, а четвертым -также показатель теплового'состояния водных масс южной части Баренцева моря, но верхнего 50-метрового слоя во. второй половике года рождения поколения. Третье место по количеству передаваемой полезной информации к прогнозируемому показателю занимает фактор, учитывающий интенсивность переноса воздушных масс западного направления в период дрейфа икры и личинок трески из репрсдунмзяой зоны в южную часть Баренцева моря. В схему метода прогноза численности трески в возрасте неполных двух лет кроме того включены фактор , отражающий состояние кормовой базы рыбы (численность эвфаузиид в етной части Баренцева мер;1.), и параметр, идентифицирующий срою: начала гидрологической весны в

год рождения трески.

В прогностическую модель динамики численности трески в возрасте трех лет также войти свсть наиболее информативных факторов, которые можно разделить на две группы: в первую входят три показателя, характеризующие численность трески на более ранних стадиях её развития (показатель популяцконной плодовитости, индской численности в возрасте 0+ и 1+), а во вторую - параметры, оценивающие тепловые условия окружающей среда (температура воды на разрезе "Кольский меридиан" слоя 0-200 м во второй половине года появления поколения, слоя 150-200 м л апреле-мае э период первой я второй зимовок молоди трески и показатель деловитости Барекцеза-моря в год рождения поколения). При этом роль первой группы факторов выше, чем второй.

Проверка надежности и эффективности модели динамики численности молоди трески в возрасте двух лет на контрольном массиве, показала, что в 75% случаев прогноз совпал с фактом, а в остальных 25% ошибка ке превышала один класс. Опраздаваемость незазисдаых прогнозов численности трески в трехлетнем возрасте составила 100^.

Таким образом, с помощью информационно-логического анализа составлены расчетные схемы, позволяющие прогнозировать численность молоди аркто-норвежской трески в эозрасте неполных даух и трех лет в южной части Баренцева моря. Эти данные в Полярном институте используются доя заблаговременной оценки мощности вступавших в промысел поколений рцй». Примененный для нахождение параметров моделей метод являетея перспективным для выявления характера влияния среда на особенности поведения и динаглику численности'гидробионтоз.

-.22-ВЫВОДЫ

1. Основными гидрометеорологическими фактора®, определяющими численность молоди баренцевоморских эвфаузиид и их главного потребителя - аркто-норвежской трески,являются: интенсив-кость западного переноса воздушных масс, температура вода и скорость её изменения в период ранних стадий развития гидроби-онтов, сроки начала и продолжительность гидрологической весны.

2. В характере горизонтальных воздушных переносов над Баренцевым море;,; установлено преобладание зонального воздухообмена над меридиональным. Зимой результирующий поток воздуха имеет северо-западное направление, а летом доминирует восточный перенос. Спектральная структура многолетних колебаний индексов циркуляции атмосферы характеризуется тремя группами циклических вариаций: тр ендовы е изменения, колебания длительностью 12-23 лет а составляющие в диапазоне 3-8 лет.

3. Пространственные различия сроков наступления и продолжительности гидрологических сезонов в Баренцевом море зависят от локальных особенностей интенсивности процессов теплообмена водной толщи. В целом для всей акватории моря зима длится 6-7, весна - 1-2, лето - 1,5-3,0, осень- - 1,0-1,5 месяца. При раннем развитии весны в южной части Баренцева моря (самого важного сезона для многих гидробионтов) её продолжительность, как правило, .увеличивается. При позднем наступлении отого сезона происходит быстрое развитие стратификации верхнего 100-метроэсго слоя.

4. С глубиной происходит запаздывание времени наступления гидрологических сезонов. На горизонте 200 м оно составляет 1-2 месяца для зимы и 3-4 месяца для лета.

5. В состав колебаний численности баренцево,морских эзфа-.узидц зь. 1леги1з и ГЬ. газсЫ! входят трендовые изменения, компоненты^продолжительностью 13-14 и 6-8 лет, а также 2-4 - летние вариации. Адекватная частотная структура обнаружена в мекгодоьих изменениях средней температуры верхнего 50-метрового слоя вода в период ранних стадий развития макропланктона, сроков наступления и продолжительности гидрологической весны, в огней части Баренцева моря, что позволило разработать метод покомпонентного прогноза величины пополнения эвфаузиид с эаблаговременностью около шести месяцев.

6. Все факторы, определяющие численность поколений арк-то-норвежской трески на стадии молоди, разделяются на три группы: I) параметры, характеризующие тепловые условия среды,

2) численность треста на более ранних этапах её развития,

3) численность'эвфаузиид - основного кормового объекта трески.

7. Разработанные с помощью информациокно-логического анализа ^счетные схемы прогноза численности молоди трески южной части Баренцева моря в возрасте неполных двух к трех лет позволяют в практической деятельности заблаговременно (до года) оценивать .урожайность поколений рыбы.

Основные научные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в следующих работах:

1. Структура гидрологических сезонов в ирибрехкоЗ зене Мурмана //Физико-химические условия формирования биологической продуктивности Баренцева моря. - Апатиты, 1980. - С. 18-25.

2. Многолетние' циклические изменения величины пополнения баренцевоморских эвфаузиид и факторы, их определяющие //Вопросы промысловой океанографии Северного бассейна. - Мурманск, 1984.-С. 19-29.

3. Температура вода /Лшзнь к условия её существования в пелагиали Баренцева моря. Апатиты, 1985. - С. 30-37.

4. Особенности горизонтальных воздушных переносов и их роль в формировании океаяографэтеских .условий биопродуктивности вод Баренцева моря //Полярная метеорология на службе народного хозяйства: тез. докл. 1-го Всесоюзного совещания. - Мурманск, 1987. - С. 80-62.

5. Effect, of hydrometeorological factors on the recularát of the long-tera variations in euphau.siid (Crustacea, Euphausi acaa) adundance in the southern Barents sea // The effect о Oceanographic Conditions on Distribution and Population Dynamic of Ccaaercial ffiah Stocke in the Barents ееa. Proceedings cf tb Third Soviet-Horwegisn Syisposiua.. - institute of Marine Ее search., Bergen, 198?. - P. 91-100 (в соаьт. с С.С.Дробышевой

6. Метод прогноза численности поколений трески двухлетнего возраста в южной части Баренцева коря // IУ Всесоюзная научная конференция по проблемам промыслового прогнозирования (долгосрочные аспекты). 24-26 октября 1989 г.: тез. докл. - Мурманск, 1989. - С. 39-41.

7. Сезонные и межгодовие изменения интенсивности г.сздушш потоков над Баренцевым морем //Вопросы промысловой океакографш Северного бассейна. - Мурманск, 1989. - С. 65-76.