Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Изменчивость гидроструктуры северо-западного шельфа Черного моря и некоторые аспекты прогнозирования скоплений промысловых объектов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Изменчивость гидроструктуры северо-западного шельфа Черного моря и некоторые аспекты прогнозирования скоплений промысловых объектов"

\

ленинградский гидрометеорологический институт

На правах рукописи

ТРОЦЕИКО Берне Григорьевич Изменчивость гидроструктуры северо-западного шельфа Черного моря и некоторые аспекты прогнозирования скоплений промысловых объектов

(специальность 11.00.08—океанология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ленинград 1990

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время происходят суще-твенпые изменения экологической обстановки в Черном мо->е и, в частности, на его северо-западном шельфе, являющим-я одним из наиболее продуктивных районов моря. Внутри-одовое перераспределение речного стока, загрязнение и эв-рофирование акватории, строительство новых портов, добы-¡а песка, донный траловый промысел оказывают значитель-юе влияние на океанографический и гидрохимический режимы, хара ктер и химический состав донных отложений, усло-!ия формирования первичной продукции и запасы объектов [ромысла (Зайцев и др., 1978; 1983; Чепурнов, 1983; Брян-|.ев и др.; 1983, Домашенкои др., 1986; Самышев и др., 1986).

Актуальность работы определяется необходимостью соз-1ания прогностических систем, позволяющих оценить степень юздействия отдельных абиотических факторов или группы факторов на параметры биотической составляющей экосис-емы и прогнозировать последствия указанного воздействия [ля решения задач рационального природопользования в условиях возрастающего антропогенного воздействия.

Цель работы—разработка метода прогноза элементов, ха-)актсризующих состояние гидроструктуры и ряда биотических показателей северо-западного шельфа Черного моря как [аиболсе продуктивного района, имеющего важное народно-юзяйственное значение.

Для достижения поставленной цели решались следующие адачи:

—выявление и исследование разномасштабных пространственных и временных особенностей гндроструктуры северо-¡ападного шельфа и механизма их формирования;

—исследование влияния изменении состояния атмосферы 1ад Черным морем на состояние гндроструктуры района исследований;

—исследование влияния особенностей состояния п измен-швостн гидрострук туры на биотическую составляющую экосистемы и выделение ведущих гидрометеорологических фак-оров, определяющих поведение и состояние объектов промысла;

—создание системы прогностических уравнений, описыва-ощпх состояние гидроструктуры северо-западного шельфа и )яд его биотических показателей как основы для автомати-шровапной прогностической системы,

Научная новизна работы заключается в комплексном анг лизе состояния и разномасштабной изменчивости гидроструь туры северо-западного шельфа Черного моря под воздейст вием атмосферной циркуляции над регионом и влияния фаь торов среды на гидробионтов с использованием объективны оценок.

—впервые показано, что центральная часть акватории се веро-западного шельфа во все сезоны разделена достаточн ярко выраженными локальными фронтальными зонами, поле женис которых в многолетнем плане квазнстационарио;

—установлена неоднозначность и разнонаправлепность се зонных и многолетних изменений параметров гпдрострукту ры в различных частях акватории;

—на основании совместного анализа положения фронталь пых зон, особенностей распределения Т, Б—характеристик 1 концентраций гидрохимических параметров показано, что центральной части акватории существуют устойчивые струк турпые зоны, различающиеся характером протекания продук ционных процессов, положение границ которых определяе условия формирования и состояния дойных биоценозов и про мысловых скоплений рыб;

—оценено влияние дампинга и донного тралового про мысла на запасы филлофоры;

—показано соответствие существующих биоценотически: группировок биоценоза мидий выделенным квазистационар ным зонам гидроструктуры летнего периода;

—установлено, что локальные фронтальные зоны имею' дискретную пространственную структуру и являются зонам] образования наиболее плотных придонных промысловы: скоплений шпрота;

•—в результате выполненных комплексных исследованш создана полуэмпнрическая модель прогнозного типа для оцен ки состояния ряда параметров экосистемы с сезонной забла говременпостыо;

Практическое значение работы. Работа выполнена в рам ках темплана ЮгНИРО по заданиям ГКНТ 01.03.Н2 01.04.Н4, 04.02.02.Н1, 04.02.02.Н2. Результаты исследован,/! могут быть использованы в практике рыбохозяйственных исследований бассейновых институтов Минрыбхоза СССР, ; также промысловой разведкой и рыбодобывающими предприятиями. Созданная статистическая модель используется дл5 сезонного фонового прогноза состояния гидроструктуры 1

щда биотических показателей экосистемы северо-западного лельфа Черного моря-

Апробация работы. Материалы и результаты исследования обсуждались на научных семннарах лаборатории промысловой океанологии и заседаниях Ученого Совета ЮГНИРО (г. Керчь, 1985—1990 г.г.), на Ш-й Всесоюзной конференции но проблемам промыслового прогнозирования (г. Мурманск, 1986 г.), на отчетной бассейновой конференции «Комплексные океанографические исследования Черного моря» (Морской гидрофизический институт АН УССР, г. Севастополь, 1988 г.), па научных семинарах отдела морской экологии (ВНИРО, г. Москва 1989 г.), отдела «Система» и кафедры океанологии Ленинградского гидрометеорологического института (г. Ленинград, 1989, 1990 г.).

Личный вклад автора- Автором разрабатывалась постановка задачи, направленность и выбор методов исследований; проанализированы результаты предшествующих исследований района; систематизирована накопленная информация и создан банк океанографических данных, разработаны алгоритмы его обработки; осуществлена разработка направленности программного обеспечения исследований такого рода; исследован механизм взаимодействия системы «атмосфера-гидроструктура» п трансформации гидроструктуры на синоптическом и сезонном масштабах; выявлен и формализован ряд связей в системе «гидроструктура-объект». С 1983 г. автор регулярно принимает участие в планировании полевых океанологических исследований ЮГНИРО и в выполнении стандартных комплексных и специальных (полигонных) океанографических съемок.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 6 разделов, заключения, 2-х приложений, списка литературы (170 наименований, в том числе 9 работ на иностранных языках). Работа содержит 130 страниц машинописного текста, 46 рисунков и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность темы диссертации, показаны важность поставленных задач для различных областей промысловой океанографии и рыбохозяйствен-1..Ч1 практики и пути их решения. Формулируются цель и задачи работы.

В первой главе «МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ» дается характеристика используемых материалов, указываются ис-

точники и методики их получения, обосновывается выбор ха рактеристик гидроструктуры и масштабов их пространствен ногой временного осреднения. В ней также изложены методг расчетов, методика исследования и приводятся критерш оценки полученных результатов.

В настоящей работе под северо-западным шельфом пони мается акватория севернее 45° с. ш.. Широта 45° выбран: для обозначения естественной границы, проходящей над сва лом глубин, которую по ряду признаков (Федоров, 1983 можно рассматривать в качестве фронтальной зоны межд; структурами открытой части северо-западного района Чер ного моря и шельфовой. Каркинитский залив в силу своеоб разня его гидрологического режима (Блатов и др-, 1980) » рассматривался.

Исходным материалом явились результаты наблюденш ЮГНИРО за экосистемой северо-западного района Черноп моря с 1957 г. по настоящее время в комплексных сезонных выполняющихся в феврале—марте, мае, июле—августе и ] ноябре—декабре и в специальных полигонных (выполнении; в 1985—1988 г.г) океанографических съемках. Суперпози дня разномасштабных съемок, выполняемых одновременно значительно расширила возможности анализа, повысила еп достоверность и в результате позволила установить механизм формирования особенностей гидроструктуры, влияющих н; поведение гидробионтов. Пространственная дискретность наб людений для мезомасштабных съемок составляла 15—20, и; полигонах—6—10 миль, время выполнения—5—б и 1,5—2 су ток соответственно. Для выяснения особенностей изменчи вости гидроструктуры, ее механизма и связей между пара метрами части экосистемы района на малом пространствен но-временном масштабе автором в апреле 1987 г. была вы полнена 15-суточная комплексная океанологическая станци: в районе промысла у мыса Тарханкут во фронтальной зоне

Кроме того, привлекался синоптический материал и дан ные по атмосферному давлению над Черным морем за перио; с 1960 г. по настоящее время. В целях унификации предик торов создаваемой системы рыбопромыслового прогнозирова ния на Черном море (Брянцев, 1987) поле атмосферного дав ления представлялось в виде коэффициентов разложения ег< по полиномам Чебышева (Кудрявая, Серяков, Скриптунова 1987), для анализа использовались среднемесячные значенн! первых пяти коэффициентов.

Поскольку вертикальная структура района в период мак

лшальпой стратификации, как правило, двухслойная, а в хо-юдпое время года—однородная, характеристиками гидрост-зуктуры были выбраны средневзвешенные в слое 0-дно знатная океанографических параметров. Учитывая определя-ощую роль особенностей трехмерного поля плотности в формировании общей продуктивности вод и их влияние на процессы образования-распада скоплений промысловых объектов (Лебедев, Анзатулин, 1984; Демин, Елизаров, Щербинин, 1980;) в базовый массив введены фактические значения максимальных градиентов плотности и их глубины и горизонтальных градиентов на акватории исследований для каждой гьсмкп.

Анализ взаимодействия системы «атмосфера-гидрострук-гура-гидробионты» в целом и внутри отдельных ее блоков проводился с позиций системного анализа (Тимченко, 1981; 1988; Беляев, 1983; Кочиков, 1989) с широким применением эбъектнвных оценок состояния и изменчивости системы- При выяснении физического механизма причинно-следственных связей в гидроструктуре северо-западного шельфа помимо гтатпстическо-корреляционного анализа использовались Т, S-анализ и его модификации (Мамаев, 1987).

Во всех случаях корреляционного анализа статистическая зависимость принималась для достоверных коэффициентов корреляции, имеющих уровень доверительной вероятности не менее 95%. Характерный радиус корреляции (масштаб однородности) вычислялся автоматизированным путем в соответствии с (Доценко, 1981). Многолетняя изменчивость параметров установлена па основании линейных трендов, рассчитанных в соответствии с (Овсянников, Иванов, 1978) с последующей оценкой их достоверности по критерию Стыо-ден/j л л я 95% уровня обеспеченности. В качестве оценок полj чсчшых уравнений регрессий использовались гндромет-KpuTCpihi (Кудрявая, Серяков, Скрипгунова, 1987) и критерий Фишера (Дрейер, Смит, 1973).

Во второй главе «СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ШЕЛЬФ ЧЕРНОГО МОРЯ» на основании изучения литературных источников кратко характеризуются с позиции промысловой океанологии состояние исследований северо-западного шельфа Черного моря и основные черты и особенности его гидрологии и биологии.

В третьей главе «ОСОБЕННОСТИ ГИДРОСТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ШЕЛЬФА ЧЕРНОГО МОРЯ» анализируются впервые полученные для этого района средпемпо-

юлетние сезонные карты средневзвешенных в слое 0-дш значений температуры, солености, условной плотности, коп центраций растворенного кислорода, фосфатного фосфора 1 кремнекислоты, а также максимальных вертикальных градн ентоп, их глубины и горизонтальных градиентов условно! плотности и карты коэффициентов вариации всех парамет ров.

Установлены особенности гидроструктуры района и ее се зонной трансформации, ранее не привлекавшие внимание не следователей:

—над свалом глубин весной н осенью существует зон; положительной аномалии температуры. В весенне-летний не рпод и Днестро-дунайском и в северо-восточном участках ак ваторпи формируются зоны повышенных значений темпера туры;

—в период весеннего распреснения дунайские воды про пикают в центральную часть южной окраины района. Лето1\ на фоне общего распреснения наблюдаются увеличение соле поети у острова Змеиный и у Одессы и повышенная измен чивость се значений в центральной части.

- -наблюдаются значительные различия скоростей и раз нонаправленность процесса в различных частях акватории причем различия в скорости характерны для полей темпера туры, а разнонаправлснность—для полей солености. Сред немноголетипе скорости сезонного изменения температуры I различных зонах акватории в период интенсивного прогреве (февраль-май) составляют (10—16)х1(Г2 и (6—14)х10-2 'С/сут. в период осеннего выхолаживания (август-ноябрь) Скорости изменения солености в период общего распреснениг (февраль-август) колеблются в пределе (-20—+8)х10~3 \ (1 —12)х в период осолоненпя (август—февраль)

—величины максимальных вертикальных градиентов плотности в течение года изменяются па порядок, а от сезона и сезону в—2—3 раза. Зимой максимальные значения этогс параметра присущи западной прибрежной части (до 0,1 ед илот./м), летом их значения в этой части достигают 0,35 ед плоти./м (при 0,20—0,30 ед- плотн./м на остальной акватории). Над свалом глубин зимой наблюдается повышенная изменчивость значений максимальных вертикальных градиентов плотности, в то время как в остальные сезоны—пониженная. Весной повышенная изменчивость значений этого параметра свойственна всей центральной части, осенью градиенты уменьшаются в первую очередь в восточной половине цент-

ральной части;

—па южной границе в центре и у м. Тарханкут в летний 1ернод существуют локализованные зоны относительного уве-тпчения глубины залегания максимальных вертикальных гра_ ;иентов плотности;

—во все сезоны акватория разделяется достаточно четко_3 выраженными локальными фронтами: зимой —(1—20)х10 ;д. плотН'/км, летом—(10—35)х10~ ед. плотн./км). Зимой 1аблюдается субширотное разделение акватории приблизительно по 45°30 и по 46° с. ш.. В весенне-летний период при :у6мерндноналыюм отклонении зимних широтных границ по 31' в. д. отделяется западная часть (влияние стока) и появляется граница над свалом глубин, приблизительно по 45° :• ш.. Летом возникает еще один раздел по 30с30 в. д.. Фронтальная зона, проходящая летом в 15—20 милях па юго-за-тад от м. Тарханкут, по мощности такая же как Дпестро-ду-наиский гидрофропт. Осенью границы по 45° с. ш. и 30°30 в. д. этсутствугот;

—величины градиентов плотности и глубины залегания вертикальных градиентов плотности по классификации (Лебедев, Айзатулип, 1984) позволяют отнести отдельные участ-<п акватории даже в холодное время года к продуктивным;

—голя гидрохимических параметров, за исключением разоренного кислорода, качественно не соответствует полям идрологических параметров, также не совпадают зоны их гзменчивостн. Распределение кремнекислоты и фосфатного [юсфора также не соответствуют друг другу. Биохимические фоцессы играют существенную роль в формировании прост-)анстееиной структуры полей этих параметров;

— кг.азпстатшнарность положения фронтальных зон цент->алп;оп части, характер распределения Т, Б —характеристик I кищситраций биогенных элементов и пространственное заспределеппе изменчивости океанологических параметров :впдетельств\ет о существовании па акватории во все сезо-ш устойчивых специфических зон гидроструктуры, следствием чего является длительное сохранение на отдельных уча-:тках северо-западного шельфа определенных свойств среды, шляющихся благоприятными или же неблагоприятными для 'идробнои тов.

В четвертой главе «КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ШЕЛЬФА» слагаются результаты анализа пространственных авто и вза-

имокорреляционных функций, рассчитанных для конкретны:

и осредненных по сезонам съемок, и корреляционных матрш системы «гидроструктура северо-западного шельфа». Установ лено, что:

—масштабы однородности полей изменяются в широки: пределах, однако конкретному полю в каждый сезон свой ственен определенный тип коррелограммы. Существуют ус тойчивые закономерности пространственной структуры поле! параметров, причем коррелограммы полей плотности прак тически всегда идентичны коррелограммам полей солености т. е. поле плотности определяется полем солености. В ряд« случаев отмечается второй максимум корреляции на сдвиг« порядка величины двух-трех характерных масштабов, сви детельствующий о повторении в пределах района однотнп пых структур- Характерные масштабы пространственной од породности океанологических полей данного района в сред Нем не превышает 50—60 км во все сезоны. Сопоставлен!» с результатами аналогичного анализа для открытой част! Черного моря (Андрющенко к др., 1972; 1974), с учетом раз ных пороговых значений К (1) (в нашем случае 0,2), дает основание считать, что пространственный масштаб однород мости гидрологических полей северо-западного шельфа I 1,5—2 раза меньше, хотя в отдельные моменты и может дос тигать величин порядка 100 км и становиться соизмеримым О репрезентативности полученных результатов и эффектив иости примененного подхода свидетельствуют, помимо дан ных автора, описания на качественном уровне характерны> образований в пределах шельфа соответствующих горизонтальных размеров (Новицкий, 1968; Большаков 1967; 1973):

—характер изменения вида коррелограмм хорошо согла Суется с сезонным ходом физических процессов в гидроструктуре. Наиболее ярко это проявляется для полей температуры: уменьшение однородности от зимы к лету и увеличение горизонтальных градиентов приводит к уменьшению устойчивого радиуса корреляции, от лета к зиме наблюдается обратный процесс. Также наблюдается определенное постоянство типов пространственных взаимокорреляционных функций полей одного и того же параметра со сдвигом в один сезон. Их характерной особенностью является асимметрия относительно нуля. Существование статистически значимых максимумов на конечном сдвиге позволило определить, чтс скорость перемещения возмущения в иоле параметра для северо-западного шельфа составляет 60—100 км в месяц;

—несмотря на высокую пространственную неоднородность фактических полей в синоптическом временном масштабе, корреляционный анализ многолетних рядов (п = 15—32) наблюдении в фиксированных точках выявил в гидроструктуре зайрна достаточно много статистически значимых связей то-¡ек-парамстров как в пределах сезонного поля одного и то-'о же параметра, так и со сдвигом в сезон (г = 0,49—0,98). Лаличие связей подтверждает существование в пределах икваторин различных зон гндроструктуры, квазистационар-1ЫХ в многолетнем плане. Особенностью корреляционной матрицы является возрастание коэффициентов корреляции меж-ту точками, расположенными на расстоянии, превышающем характерный масштаб однородности, данного поля, при меньшей выраженности связи изменении в близлежащих точках 1ли даже в случаях отсутствия таковой, что указывает на трисутствие в гидроструктуре чередующихся однородных зон. Этот вывод полностью согласуется с выводом о пространст-зеиной структуре полей, полученным в результате анализа автокорреляционных, функций. Связи со сдвигом в один сезон устанавливают существование преемственности пространственной структуры полей в сезонном временном масштаба;

—трендовый анализ, величин объемов вод различных S-классов. (с дискретностью. 0<1°/оо в пределах 50-метровой изобаты) для летнего периода дал увеличение объема вод соленостью 18,3—18,9'Уоо (черно-морская поверхностная водная масса) на 10% за 25 лет. Объем вод более низких классов солености (17,3—18,2%о —трансформированная поверхностная водная масса) пропорционально сократился (Брянцев, Фащук, Троценко, 1986). Исследование трендов комплекса, параметров выявило неоднозначность происходящих многолетних изменений гидроструктуры северо-западного шельфа- К настоящему времени статистически значимые изменения затронули только зону непосредственного контакта, вод шельфа и открытой части моря (южная окраина центральной части). Тренды для летнего периода составили для температуры—минус 0,2—1,7 и плюс 2,5°С, для солености-минус 0,6 и плюс 0,3—1,7%о , для максимальных вертикальных, градиентов плотностн-плюс 0,06—0,118 и минус0,06 гд. плотн./м, для их глубины в. районе м. Тарханкут минус 3,8:и,плюс 7,0-метров. В то же время в исследуемом периоде отмечены тенденции, к уменьшению горизонтального масштаба. однородности полей температуры и к увеличению—для по-

леи солености. Применение метода сравнения групп й кл&с тер анализа при исследовании многолетней изменчивосп (группировки 1957—1974 и 1975—1988 гг.) и пространствен ной структуры по всем реализациям летнего периода под твердило наличие изменений и разделение акватории на зо ны, но при существенном колебании уровня доверительно! обеспеченности (15—98%) для различных точек;

—за 30-летний период в верхнем 30-метровом слое кон центрации кремнекислоты уменьшились в 3—10 раз, в то ж< время в слоях глубже 75 м в местах интенсивных вертикаль ных движений вод они несколько возросли. Выявлены мно голетнне изменения в характере их вертикального и прост ранственного распределения и тесная связь их с особенное тями трехмерного поля плотности. Показана возможност] интенсивного вовлечения кремнекислоты в продукционны« процессы и существования динамико-структурных образова ний, различающихся условиями их протекания;

—соотношения фосфор: кремний до 1970 г. во всех рай онах Черного моря были приблизительно равны во всех ело ях и изменялись в них синхронно (осень и зима—увеличение весна и лето—уменьшение). В 70-х годах амплитуда соотно шения увеличилась и появилась асинхронность сезонной из менчнвости на разных горизонтах. 80-е годы отличаются рез ким возрастанием амплитуды при участившихся случаях асин хронности. Выделенные периоды изменчивости соотношении совпадают с периодами различного развития фитопланктон; в Черном море (Маштакова, ¡973; 1985).

В пятой главе «ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУ ЛЯЦИИ НАД ЧЕРНЫМ МОРЕМ НА СОСТОЯНИЕ ГИД РОСТРУКТУРЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ШЕЛЬФА ЧЕР НОГО МОРЯ» исследуется механизм синоптической и сезон ной трансформации гидроструктуры района под воздействи ем атмосферной циркуляции.

В марте—апреле при перестройке атмосферной циркуля ции к летнему типу, сопровождающейся увеличением повто ряемости западных и южных составляющих переносов (ос лабляющих характерную для зимнего периода циклоничес кую ветвь Основного Черноморского течения (ОЧТ) в севе ро-западной части в момент возникновения в верхних слоя; вод жесткой стратификации в результате прогрева) межд; Крымом и Румынией возникает мезомасштабная антнцикло нпческая завихренность. Аналогичные ситуации в этот перл од возникают в Керченском предпроливье и на болгарсков

иельфе. С возникновением этих мезомасштабных завихрен-юстси связано появление на шельфе затоков более соленых юд, приводящих к формированию малых антициклонических сруговоротов и локальных фронтальных зон. Положение и штенспвность этих фронтальных зон определяются синопти-1еской изменчивостью положения и интенсивности мезомас-нтабных завихренностей в южных частях районов. Отличи-•ельной особенностью антициклонического круговорота на северо-западном шельфе является его более высокая стацио-1арность.

Механизм синоптической трансформации гидроструктуры юны контакта шельфовых и вод открытой части по результатам многосуточной станции следующий. В начальный период усиления северных переносов (сгонная ситуация) про-¡сходит смещение на шельф всей структуры зоны «шельф-:вал глубин», определяемой как антицнклоиический вихрь с характерными масштабами 40—50 км по горизонтали, 50— 75 м по вертикали. Вследствие этого смещения, на шельфе за 5—б часов до максимального повышения температуры и глубины пикноклина, сопровождающихся понижением солености и концентраций биогенных элементов и растворенного кислорода, происходит уменьшение величины вертикального градиента плотности и его глубины. Над свалом глубин в это время интенсифицируется подъем вод из нижних слоев. При усилении в атмосфере восточного переноса (сгон), циклоническая ветвь ОЧТ отходит от свала глубин мористее и на участке увеличивается доля шельфовых вод, отличающихся повышенным содержанием кремнекислоты. В результате сдвига шельфовой структуры вод непосредственно к краю шельфа, над свалом глубин понижается температура, уменьшается вертикальный градиент плотности и увеличивается концентрация растворенного кислорода во всей толще вод.

Анализ корреляционных матриц системы «атмосфера-гидроструктура» для временных сдвигов от 1 до 3-х месяцев установил достаточно жесткую зависимость состояния гидроструктуры от состояния барического поля над Черным морем. Во все сезоны доминирующее влияние оказывает разнонаправленные меридиональные переносы (ветры южной и северной четвертей) • Этот вывод полностью согласуется с оценкой роли ветров, соответствующих этим переносам (Филиппов, 1974; Толмазин и др., 1978; Блатов и др., 1981; 1984).

В зимний период с усилением северного переноса отмечается увеличение солености в западной и на севере централь-

нр:и части района и уменьшение содержания кислорода : центральной части, что обусловлено интенсификацией 04' н усилением циклонического потока в северо-западной часть! В весенний период антициклоническое поле над Черным мр рем приводит к ослаблению ОЧТ, что вызывает увеличени объема шельфовых вод у о-ва Змеиный, у м. Тарханкут и н'1 западе центральной части района. В то же время западны) перенос вызывает снижение концентраций кислорода в цент ральнон части разреза Тендра Одесса, а южный на этом разрезе—увеличение средней плотности водной толщи. Здесь видимо, таким образом проявляется эффект сгона, при кото ром в этот район проникают донные и соленые воды, повы щается стратификация и ухудшается кислородный режим Аналогичный эффект в районе м. Тарханкут создает север ный перепое. Летом высокое среднее давление над акватори ей моря, сопровождающееся ослаблением ветра и перемеши вания, ухудшает кислородный режим в западной и северно! частях и повышает содержание фосфатов, уменьшая соле ность в западной прибрежной части. Западный п южный пе реносы почти повсеместно обуславливают снижение концент раций фосфатов п кремнекислоты. Связь сгонных коэффици ентов с. содержанием биогенных элементов аналогичная. I данном случае имеет значение не направленность атмосфер ного переноса, а тип циркуляции (цпклоническнй-благоприят ный, для кислорода, аитнциклоннческнн — противопожарны! эффект). Осенью наблюдается связь восточного переноса < температурой на краю шельфа, что является признаком ин тепепфикации ОЧТ. Повышение солености и плотности во; на границе Каркиннтского залива при западном лереноа объясняется притоком более соленых вод из открытой част! акватории. Повышению содержания кислорода в водной тол ще на краю шельфа благоприпятствуют в этот период высо кое среднее давление, северный и западный переносы. Пос леднии, пе, способствует росту значений концентраций биогенных элементов. В общем отмечается согласованность в изменениях комплекса параметров гндроструктуры в различны? частях, акватории при конкретных переносах в атмосфере Для, некоторых переносов отмечается разнонаправленное изменение параметра в различных частях района. Механизм изменений на свале глубин, установленный по материалам сезонных съемок, соответствует механизму трансформацш этой зоны, описанному по материалам многосуточной станции. В этом случае проявляется, статистический эффект нов-

горяющегося явления (подвижек динамнко-структурных образований на шельф).

Результаты натурных наблюдений и корреляционного анализа взаимодействия атмосферы и гидроструктуры устанавливают ведущими факторами изменений мезо- и синоптического временных масштабов атмосферные градиенты над районом, а не фактические величины атмосферного давления 1ли местный ветер. Наибольшее влияние па них оказывают юнальный и меридиональный градиенты давления, имеющие различные комплексы связей. Слабая статистическая связь гидрохимических параметров с гидрофизическими н несоот-зетствие в ряде случаев полученных связен с физическими 1лн появление статистически значимых связей на разных точках с разными параметрами свидетельствует о наруше-тйях, вносимых биохимическими процессами в связи гидрологических параметров с гидрохимическими.

В Шестой главе «СВЯЗИ АБИОТИЧЕСКИХ И БИОТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭКОСИСТЕМЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ШЕЛЬФА» анализируется влияние состояния гндро-ггруктуры северо-западного шельфа Черного моря и ее изменений, как естественных (синоптических, сезонных), так и антропогенных, на состояние гидробиоптов, представляющих значительный интерес для промышленности (филлофора, мидии и черноморский шпрот).

Филлофора. В настоящее время, несмотря на то, что промышленное изъятие филлофоры не превышает 3% от обще-по ее запаса на поле Зернова, обеспечение агаровой промышленности находится под угрозой. Деградация запасов водорослей является последствием изменения гидроструктуры водоема, эвтрофикацпи его вод и изменения структуры поверхностного слоя грунта на значительных но площади участках-Основными факторами, вызывающими эти изменения считаются биогенный сток с суши, отъем и внутрнгодовое перераспределение стока, донный траловый промысел морепродуктов и дампинг. Негативное влияние указанных факторов заключается в экранировании пелитовыми массами солнечного света летом в период вегетации, когда воды жестко стратифицированы. Это приводит к снижению и полному прекращению фотосинтеза растений и, как следствие —к их этмпрашпо. Автором совместно с И. Г. Рубинштейном была проанализирована зависимость межгодовых колебаний запасов филлофоры в 1960—1985 годах от динамики дампшгга на

территории Днепровско-Дунайского междуречья, донное тралового промысла рыб на илистых грунтах в районе м Тарханкут, степени стратификации вод и переноса ими взму ченного материала. В результате было получено уравнение

„ 0.201 ^°-676 гп Л*3- С<Т

Ъ^оЩЩ - [лМОоо] [Д+Я • КЬ I

I 'дно'

О—запас филлофоры (тыс. тонн); О—объем размыва сва лок грунта в Днепровско-Дунайском междуречье в перио; между ежегодной оценкой запасов водорослей (млн. м); И— число донных тралений, выполненных в этот период; А—сред няя за апрель-август (период вегетации филлофоры до мо мента оценки запасов) сумма меридионального и зонально го коэффициентов разложения барического поля по полиномам Чебышева; То и Тдно — средняя температура поверхностного и придонного слоев воды в районе Днепровско-Дунайского междуречья как характеристика стратификации и, следовательно, как косвенный показатель концентрации пелитовых частиц в слое пикноклина. Для уровня доверительной вероятности 0,99 стандартное отклонение остатков составляет 0,082. Из этого уравнения получено, что при П/Б коэффициенте для филлофоры равному 0,1 (Каминер, 1980) на восстановление запасов водорослей до 2100 тыс. тонн (уровень 70-х годов) при прекращении только дампинга потребуется 10—12 лет, при прекращении только донного тралового промысла—около 25 лет. Восстановление запасов до изначального объема возможно, по-видимому, только при исключении эвтрофикацин, на фоне которой оказывают негативное воздействие дампинг и донный траловый промысел, что практически невозможно в обозримом будущем. В нынешней ситуации снизить ущерб можно, осуществляя новые технологии отвала грунтов, совмещая его со строительными и берегоукрепительными работами, и переведя добывающий флот на разноглубинные орудия лова, исключающие разрушение поверхности грунта. В противном случае запас филлофоры па северо-западном шельфе будет удерживаться в пределах 400—800 тыс. тонн при неуклонном снижении объема изъятия и без перспективы восстановления.

Мидии. Запасы мидий на северо-западном шельфе оцениваются в настоящее время в 5,2 млн. тонн. Однако в последние годы наблюдается ухудшение состояния и этого биоценоза

'Зайцев и др., 1985; Самышев и др., 1983; Виноградов, Ар-[аутов, 1987;). Исследованиями ЮгИИРО установлено, что жоцепоз мидий, занимая обширную площадь п имея напбо-1ее богатый видовой состав среди выделенных на северо-за-шдпом шельфе биоценозов, неоднороден в различных его 1астях (Золотарев, 1989), в то же время четкой прпурочен-юстн группировок биоценоза к определенным диапозонам 'лубпн и типам грунтов не обнаружено. В работах, посвя-цепиых беитосу Черного моря и специально этому району ;3акутскнй, Виноградов, 1967; Киселева, 1976; 1981) рце-■матрпваются различия видовой структуры в зависимости от лубпн, характера грунтов и степени удаленности от центра мюценоза, однако вопросы пространственной неоднороднос-н биоценоза на одинаковых глубинах и грунтах не рассмат-)ивались. Автором совместно с П. Н. Золотаревым было выд-¡ипуто предположение, что биоценоз мидий, являясь целостном по видовому составу, имеет на своей территории устой-швые бпоцеиотнчеекпе группировки, т. к. помимо глубин и руптов па его формирование значительное влияние оказьша-от некие устойчивые в многолетнем плане особенности гид-юсгруктуры. Нами было показано, что положение бноцено-гических группировок совпадает с выделенными квазистаци-)парпымн зонами гидроструктуры летнего периода (время активной жизнедеятельности биоценоза), различающихся ■сомплексом гидрологических параметров. Наиболее благо-фиятпые условия, судя по величине биомассы, существуют з северо-восточной части района, в водах которой преобладает доля морских вод, располагающейся непосредственно на тутп движения циклопической ветви ОЧТ в этом районе. Для щредолеппя влияния гидроструктуры на состояние бнцено-¡а были выбраны: атмосферная циркуляция и дампинг как I в случае с филлофорой; траления па илистых и жестких фунтах; средневзвешенные значения в слое 0-дно темпера-'уры и солености в точках, характеризующих степень выхо-тажнваипя зимой, степень распреснения п проникновения на пельф циклонической ветви ОЧТ весной, степень прогрева I развития стратификации и содержание кислорода в принятых слоях в августе. Биоценоз мидий характеризовался .'дельной биомассой и площадью, занимаемой ими па жест-<их и илистых грунтах раздельно. Атмосферные переносы жазывают воздействие, аналогичное воздействию па биоце-¡оз филлофоры; большинство параметров оказывают двой-ггвенное воздействие на данный биоценоз, исключением яв-

ляются содержание кислорода, весеннее распресиение, ка показатель начала активной жизнедеятельности (положи тельный эффект) и количество тралений в районе (отрица тельный эффект). Результаты анализа наглядно показыва ют, что при выделении ведущего фактора или при рассмот рении экосистемы (или ее части) и тем более при попытка; формализовать связи в системе «среда—объект» нельзя огра нпчиваться одним фактором- Необходимо оценивать комп лексное воздействие среды, как системы взаимосвязанны; параметров.

Шпрот. Комплексные разномасштабные съемки 19861988 г. г. позволили исследовать не только механизм возник иовеиия локальных фронтальных зон и динамику определяю щей их антициклонической завихренности, но и динамик сопряженных с ними промскоплений шпрота. Локальны фронтальные зоны (восточная граница Днестро-Дунайскоп гидрофронта и Тарханкутская) имеют дискретную простран ственную структуру и являются местами ежегодного скопле ния рыб. Динамические ситуации и характер распределена агрегаций шпрота позволяют говорить о сходных путях фор мирования наиболее плотных промысловых скоплений в севе ро-восточной, северо-западной и западной частях моря. Мно госуточные исследования на 15-мильном участке Тарханкут ской фронтальной зоны установили достаточно четко выра женную зависимость распределения и изменений биотичес кнх параметров (фито- и зоопланктон, шпрот) от состояни: гидроструктуры этого участка. Наиболее высокая биомасс, фитопланктона отмечалась в шельфовых водах на северно] периферии антнцнклоннческнх вихрей, в отличие от кормо вых организмов зоопланктона, в большой степени приурочен ных к их центральным частям. Повышение температуры ] контактной зоне при смещении вихря на шельф, по-видимо му, вызывало интенсификацию продукционных процессоЕ что проявлялось в некотором опережении максимальным на сыщеннем вод кислородом максимума температуры. На шель фе в контактной зоне находилась наиболее массовая размер но-возрастная группа шпрота, составлявшая основу улово; в придонных горизонтах, наиболее крупные особи удержива лись над свалом глубин. Отмечено увеличение уловов шпро та при прохождении антициклоничеекпх вихрей и уменьше ние уловов наименьшей размерной группы в поверхностны: слоях в это же время. Характер изменений свидетельствуе-об их адвективной природе и дифференцированном распре

;слении организмов в соответствии с гидрологическими струк-■урами. Наибольшим числом статистических связей с биоти-[ескими параметрами обладают средняя соленость слоя 0-[но, величина вертикального градиента плотности и его глу-)ииа- На основе полученных данных прогнозировалось рас-юложение перспективных участков промысла н развитие фомьгсловой обстановки на период сохранения барической итуацин над районом (5—10 суток). Выявляемые фронтальное зоны рекомендовались промсудам как наиболее перспек-■ивные участки. Результаты контрольных тралений и работа шбывающего флота подтвердили возможность применения федлагаемой методики.

В результате выполненного комплексного исследования шла создана полуэмпирнческая модель прогнозного типа для •езонного фонового прогноза состояния гпдроструктуры и ряха биотических показателей экосистемы северо-западного нельфа. На 1-м этапе из байка данных в автоматизированном режиме формируется информационный массив затребо-!анных первичных параметров п расчетных вторичных характеристик, имеющих экологическую значимость. Затем произ-'юдится статистическая обработка (исследование на нормаль-юсть распределения; расчет среднего, дисперсии и коэффи-щепта вариащт). Этот массив остается открытым для про-юлжения временных рядов и включения дополнительных пре-шкторов, что позволяет охарактеризовать район с максимально возможной полнотой. На втором этапе подбираются /равнения связи в виде линейной регрессии:

Ос) ^ 0<-tc)

■де Х^, —факторы, У —предиктант, CL^ —искомые коэффициенты, m—их количество,—величина запаздывания. Оля каждого фактора выбирается значение запаздывания, збеспечиваюшее максимум коэффициента корреляции при требуемой заблаговременности. При этом матрица фактороь расширяется путем поэтапного прогнозирования и перевода Федиктантов, принятых на начальном этапе, в предикторы. Полученный набор факторов фиксируется. Коэффициенты уравнения определяются методом наименьших квадратов. По минимуму суммы квадратов невязок выбираются лучшие мо-аелн. Проверка устойчивости полученных эмпирических за-

внсимостей осуществляется по критерию Фишера (Дрейе[ Смит, 1973) на ретроспективном материале. Полученное дл каждой модели значение сравшшасгся с табличным для зг данного уровня значимости- Модели, прошедшие проверк выводятся па печать и записываются в файл хранения и МД. На третьем этапе формируется прогностическая матр! ца путем выбора из файла хранения наиболее эффективно модели для конкретной точки—наблюдения по результата верификации на ретроспективном материале. Вначале прс веряется эффективность модельных прогнозов по сравненш с климатическим (обеспеченность допустимой погрешност по данному методу не менее, чем па 18% превышает обеспе ценность вероятного отклонения от нормы). Затем выбирает сн оптимальная модель по максимуму обеспеченности соответ ствующих прогнозов (прогноз считается оправдавшимся, есл его ошибка не превышает 0,2А).

Процедура прогноза сводится к заполнению прогностичес кой матрицы имеющимися на данный момент результатам наблюдении—предикторами (индексы атмосферных перенс сов и материалы стандартных сезонных комплексных съ( мок). Прогноз осуществляется в три этапа:

■—по оа ричеекпм коэффициентам с максимально досту! ной заблаговремеиностыо рассчитываются значения параме-ров в точках, непосредственно связанных с ними;

—на основании связей точек-наблюдений в полях соотве' ствующпх параметров восстанавливаются значения характ< рисгик, не имеющих прогностических связей с барическим коэффициентами;

—на основании прогностических связей точек-наблюдеии различных пли соответствующих полей, но в различные о зоны, рассчитываются значения оставшихся характеристик.

Смена типа атмосферной циркуляции и прогрев вод пр! водят к разрушению зимней модификации гидроструктуры перестройке схемы циркуляции вод па шельфе. Это мож( способствовать выходу отнерестившегося шпрота на мелк< водье. Разработка прогноза весенней перестройки гидр< структуры по данным об атмосферной циркуляции (ослабл! пне северных и восточных составляющих переносов с забл; говремснностыо 1—2 месяца), в дополнение к используемс методике прогноза окончания сроков нереста шпрота по дат перехода температуры воды в п. Одесса через 10°С (Беро бейм, Бряпцсв, Юрьев, 1979) позволяет уточнить сроки и ст^ пень развития гидрологической ситуации и, с учетом прогш

;а комплекса параметров гидроструктуры северо-западного иельфа, места, благоприятные для формирования придонных фомысловых скоплений этого объекта.

В заключении суммируются основные выводы и резуль-аты .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Впервые показано, что центральная часть акватории се-¡еро-западного шельфа во все сезоны разделена достаточно ]рко выраженными локальными фронтальными зонами, понижение которых в многолетнем плане квазистационарно; ■ыдслена фронтальная зона, проходящая субмеридионально 1 15—20 милях западнее мыса Тарханкут и по питенсивнос-:и примерно равная широко известному Днестро-Дунайскому ■пдрофронту; величины горизонтальных и вертикальных гра-шентов плотности и глубина залегания максимальных вер-тп<альных градиентов плотности по классификации Лебеде-га и Айзатулпна (1984) позволяют отнести отдельные участей акватории даже в холодное время года к продуктивным.

2. Установлена неоднозначность ¡1 разнонаправленность езонных и многолетних изменений параметров гидрострук-уры в различных частях акватории: для сезонных изменена'! в полях температуры характерны существенные разли-шя в скорости прогрева (выхолаживания), а для полей соле-юстн—разнонаправленность (летом на фоне общего распре-•нення наблюдается увеличение солености у острова Змеи-1ый и у Одессы); многолетние изменения (увеличение значе-пш солености и температуры), имеющие статистическую зна-тмость, регистрируются на южной окраине района.

3. На основании совместного анализа положения фрон-аль. ых зон, особенностей распределения Т, 5—характеристик и кощентраций гидрохимических параметров показано, 1то в центральной части акватории существуют устойчивые труктуриые зош,!, различающиеся характером протекания фодукцпонных процессов, и положение границ которых оп->еделяет условия формирования и состояния донных биоценозов и промысловых скоплений рыб.

4. Оценено влияние дампинга и до_нного тралового промысла па запасы филлофоры; установлено, что при сохране-пш интенсивности воздействия указанных (¡¡акторов в существующих масштабах запасы филлофоры па поле Зернова Идут удерживаться и пределах 400—800 тыс. топи при неуклонном снижении объема изъятия без перспективы восста-

новления: восстановление запасов водорослей до уровня 70-: годов (2,1 млн., тонн) при исключении только дампинга воз можно в течение 10—12 нет, только донного тралового про мысла—в течении 25 лет.

5. Показано соответствие существующих биоценотичес кпх группировок биоценоза мидий выделенным квазистацио парным зонам гндроструктуры летнего периода; наиболе благоприятные условия существования, судя по величине би омассы и размеру мидий, наблюдаются а зоне с относитель но слабо трансформированной верхней черноморской водно: массой.

6. Локальные фронтальные зоны имеют дискретную прост ранственную структуру и являются зонами образования на иболее плотных придонных промысловых скоплений шпрота

7. В результате выполненных комплексных исследованш создана полузмпирическая модель прогнозного типа для оцен ки состояния ряда параметров экосистемы с сезонной забла говременностыо;

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Особенности океанографического режима Черного мо ря в условиях хозяйственной деятельности // Труды ВНИРС «Антропогенные воздействия на прибрежно-морские экосис темы». М- 1986. С. 34—43 (совместно с Брянцевым В. А. Фащуком Д. Я.).

2. Системный анализ и адаптивное прогнозирование ха рактеристик экосистем Черного моря для промысловых це лей //Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по проб лемам промыслового прогнозирования (долгосрочные аспек ты) Мурманск, 28—30 октября 1986 г. С. 16—18 (совместш с Ковальчуком Л. А., Янкаускасом В. Ю., Маштаковой Г. П.)

3. Пространственно-временная структура летних гидро физических полей северо-западного шельфа Черного моря АзчерНИРО. М„ Керчь. Деп. в ЦНИИТЭИРХ 16.07.87 № 871—рх87. 12 с.

4. Гидрометеорологические предпосылки формированш промысловых скоплений черноморского шпрота//'Тезисы док ладов Ш-й Всесоюзной конференции по промысловой океано логин, посвященной 125-летшо со дня рождения Н. М. Кни г.онича, Астрахань, 1987. С. 115 (совместно с Пановым Б. Н.)

5. Пространственно-временная структура гидрологически: полей северно-западного шельфа Черного моря в летний пе

нюд //Тезксы докладов III-го съезда советских океанологЬв, секция физика и химия океана «Полярная н региональная жеанологня». Л.: Гидрометеоиздат. 1987. С. 117.

6. Океанографические предпосылки формирования промысловых скоплений черноморского шпрота //Тезисы докладов III-го Съезда советских океанологов, секция Биология жеана. Ч. III. Л.: Гидрометеоиздат. 1987. С. 14 (совместно : Пановым Б. Н.).

7. К вопросу о формировании промысловых скоплений черноморского шпрота/Юкеанология. 1987. Т. 27. Вып. 4. С. 670—671. Деп. в ВИНИТИ 30.01.87. № 822—рх87. 14 с- (совместно с Пановым Б. Н.).

8. Восстановление филлофорного поля Зернова//Рыбное хозяйство. 1988. № 12. С. 34—35 (совместно с Рубинштейном И- Г.)

9. Гидрометеорологические предпосылки формирования промысловых скоплений черноморского шпрота/Юкеанология. 1989. Т. 29. Вып. 4. С. 672—673. Деп. во ВНИЭРХ 25.01.89. № 993—рх89. 12с. (совместно с Пановым Б. Н., Жигуненко А. В.).

10. Пространственно-временная изменчивость концентраций кремния в Черном море//Океанология. 1989. Т. 29. Вып. 4. С. 595—596. Деп. в ВНИЭРХ 25.01.89. № 994—рх89- 17с.

11. Прогноз промысловых скоплений шпрота //Рыбное хозяйство. 1989. № 5. С. 51—53 (совместно с Пановым Б. Н., Жигуненко А. В.).

12. Автоматизированная система создания статистической модели промыслового района//Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по проблемам промыслового прогнозирования (долгосрочные аспекты) Мурманск, 24—26 октября 1989 г.. Мурманск. 1989. С. 175—177. (совместно с Проненко С. М., Коршуновой Г. П., Панкратовой Т. М.).

13- Районирование акватории северо-западного шельфа Черного моря на основании статистической структуры океанологических полен//Тезисы докладов IV Всесоюзной кон ференщш по географии Мирового океана «География Мирового океана на службе рационального использования морских ресурсов», Калининград, сентябрь, 1989. С. 126—127 (совместно с Коршуновой Г. П.).

14. О применении объективного анализа в промысловой океанографии // Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по географии Мирового океана «География Мирового океана на службе рационального использования морских

ресурсов, Калининград,-сентябрь 1989 г., С. 96—97 (совмест но с Гераспмчуком В- В., Коршуновой Г. П.).

15. Телескопическая ДСМ для восстановления гидрофизических полей на северо-западном шельфе Черного мор5 Депонирована в ВИНИТИ 25.07.90 № 4229—ВДО, 33 с. (сое местно с Хлопушнной С. И., Белозерским В. О., Пане вым Б. Н., Белозерской Е. В.).

16. Возможности оперативного и краткосрочного прогне знровання распределения шпрота и миграций черноморско хамсы во время путины //Тезисы VIII Всес. коиф-по промыс ловой океанологии (Ленинград, 15—19 октября 1990 г.) С 229—230. (совместно с Пановым Б. Н., Хлопушиной С. И Белозерским В. О.).

17. Структура вод и распределение икры летненерестук щих рыб в западной части Черного моря //Тезисы VIII Всес конф. по промысловой океанологии (Ленинград, 15—19 ок тября 1990 г.) С. 227—229. (совместно с Пановым Б. Н Архиновым А. Г.).

Крым, Керченская гортил., з. 7044, 29.10.90, т. 100/12.