Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Распределение хлорофилла-А в Японском и Охотском морях по спутниковым и судовым данным

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Распределение хлорофилла-А в Японском и Охотском морях по спутниковым и судовым данным"

На правах рукописи

□ОЗиэ I —

ШТРАИХЕРТ ЕЛЕНА АРКАДЬЕВНА

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРОФИЛЛА-^ В ЯПОНСКОМ И ОХОТСКОМ МОРЯХ ПО СПУТНИКОВЫМИ СУДОВЫМ

ДАННЫМ

С пециалькость 25 00 28 - океанолсиия

Автрефсра1 дпссер'ацпи на сопскаиие >чсной степени кандидата географических наук

Владивосток - 2007

003057488

Работа выполнена в 1 ихоокеаиском океанолсн ическом инстигутс им В И Ильичева Датьнсвосточного отделения Российской Академии наук

Научный руководитель кандидат биологических наук, допенг Зачарков Сер! ей Петрович

Официальные оппоиешы доктор географических наук, профессор

Плотников Владимир Викторович

кандидат физико-математических наук Ьуренков Впадимир Иванович

Ведущая организация Тихоокеанский научно-исследоватетьский

рыбохозяйственныи центр

Защита диссертации состоится 24 мая 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 005 017 02 в Тихоокеанском океапо юг ическом инстиг>те им В И Ильичева ДВО РАН но адресу 690041 г Владивосток, ул Балтийская 43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского океанологического института им В И Ильичева ДВО РАН

Автореферат разослан " 18 " апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссергационног о совсга Д 005 017 02 кандидат географических паук

Храпчеиков Ф Ф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Актуальность темы определяется необходимостью изучения биопродуктипности морей Дальневосточного региона на основе площадных серии наблюдений Концентрация хлорофилла-а является одной из важнейших биопродукционных характеристик водного бассейна Хлорофилл-а - это пигмент, который присутствует во всех зеленых растениях, в частности, в фитопланктоне Содержание хлорофилла-а в воде может служить показателем гидролог ических особенностей водоема Фитопланктон является одним из первых звеньев трофической цепи экосистемы и, следовательно, служит показателем биопродуктивности промежуточных звеньев, например, численности промысловой рыбы Определение биопродуктивности водоемов при помощи методов, основанных на взятии дискретных проб, затруднительно из-за малой статистической достоверности получаемого экспериментального материала Глобальную информацию о распределении хлорофилла-а в приповерхностном слое вод можно получить, используя спутниковые данные о цвете океана Получение этих данных основано на регистрации изменения спектров излучения моря, прошедшего через толщу воды и испытавшего на себе воздействие различного рода частиц органического и неорганического происхождения Большое преимущество спутникового зондирования по сравнению со всегда немногочисленными трудоемкими и дорогими натурными океанологическими наблюдениями заключается в оперативности и регулярности получаемой информации Спутниковые измерения служат основой для построения длительных временных рядов концентрации хлорофилла-а В изучаемой акватории эти данные позволяют исследовать особенности синоптической и сезонной изменчивости этой характеристики Содержание хлорофилла-а отражает гидрологическое состояние водного бассейна

При изучении динамики распределения хлорофилла-а в океане могут быть использованы относительные оценки его содержания Исследования в этом случае носят качественный характер Для оценки первичнои продукции водоема необходимо знать абсолютные значения концентрации хлорофилла-а Из-за региональной специфики вод спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а

могут сильно отличаться от реальных значений, особенно в прибрежных районах Погрешность спутниковых опенок зависит от таких факторов как состояние атмосферы (например, количество и состав аэрозоля, дымка, вариации содержания озопа), присутствие в воде оптически активных компонент (взвеси терригенного и органического происхождения, растворенной органики) Поэтому необходима верификация и региональная коррекция полученных по общему алгоритму оценок концентрации хлорофилла-а по сопряженным во времени и в пространстве спутниковым и судовым данным

Цель и задачи работы Целью работы является выявчение особенностей распределения хлорофилла-а, в частности, его временных и пространственных закономерностей в Японском и Охотском морях, верификация и коррекция спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а

В связи с поставленной целью решались следующие задачи*

1 Изучение распределения хлорофилла-а в водах Охотского и Японского морей, в частности, в зал Петра Великого по спутниковым и судовым данным,

2 Верификация спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а на основе сравнения с судовыми данными,

3 Получение уравнений коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а,

4 Коррекция спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а в Японском и Охотском морях с учетом их региональных особенностей

Обоснованность результатов

Достоверность полученных результатов определяется

- судовыми оценками концентрации хлорофилла-а, полученными в рейсах 1999-2004 гг, точностью экстрактного спектрофотометрического метода, при помощи которого они были получены и копичеством бочьших объемов выполненных набчюдений,

- используемыми в работе методами определения характера взаимосвязи судовых данных со спутниковыми полученными из центра хранения и обработки

спутниковой информации центра космических полетов им Годдарда Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), - хорошим согласием откорректированных спутниковых оценок концентрации хлорофилла-a с судовыми данными

Научная новизна результатов

Впервые для зал Петра Великого Японского моря по спутниковым среднемесячным данным оценен годовой ход концентрации хлорофилла-я Выполнены оценки влияния ветрового апвеллинга на развитие фитопланктона в зал Петра Великого fía основе экспедиционных данных установлено повышенное содержание хлорофилла-a вдоль свала глубин у восточной части о Сахалин Предложен механизм, объясняющий эти повышенные значения Произведены квазисинхронные спутниковые и судовые измерения концентрации хлорофилла-a для районов дальневосточных морей России Оценены ошибки оценки концентрации хлорофилла-о по спутниковым измерениям цвета океана в Японском море и у о Сахалин в Охотском море Получены уравнения, связывающие спутниковые и судовые оценки концентрации хлорофилла-a На основе этих уравнений проведена коррекция спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а

Научная и практическая ценность

Результаты и выводы диссертации могут быть использованы

при изучении гидробиологических процессов в дальневосточных морях России,

при планировании и проведении мониторинга экологического состояния этих морей,

для оценки их промыслового потенциала в интересах рыбохозяйственных организации

Положения, выносимые на защиту

1 а) Показано, что в сентябре-ноябре в зал Петра Великого наблюдается увеличение концентрации хлорофилла-а, которое в сентябре-октябре выззано апвеллингом прибрежных вод, а в ноябре - термической конвекцией

б) Показано, что в водах у восточного побережья о Сахалин максимальные концентрации хлорофилла-а наблюдаются над свалом глубин Выход галоклина на поверхность, зарегистрированный при судовых измерениях у м Терпения в 1999 и 2000 гг, сопровождался максимумом концентрации хлорофилла-а, вызванным приливным перемешиванием

2) Установлено, что в Охотском море у северо-восточного побережья о Сахалин, в северо-западной части Японского моря и особенно в зал Петра Великого спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а, как правило, завышены в 1,5 и более раз по сравнению с судовыми В некоторых случаях они ниже судовых

3) Показано, что коррекция спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а может быть осуществлена с помощью полученных в работе линейных уравнений, параметры которых были рассчитаны для исследуемых акваторий с учетом наблюдаемой сезонной изменчивости и физико-географических особенностей

Апробация работы

Результаты исследований были представлены на российских и международных конференциях по физике и океанологии В том числе на региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (ДВГУ, Владивосток, 2000 г), молодежной конференции ТОЙ ДВО РАН по океанологии (Владивосток, 2001 г), Annual Meetings of North Pacific Marine Science Organization PICES PICES-99 (Vladivostok, Russia, 1999 r), PICES-2001 (Victoria, Canada, 2001 r) PICES-2003 (Vladivostok Russia 2003 r) PICES-2005 (Vladivostok, Russia, 2005 г), International Symposium on Occanography of the East Asian Marginal Seas CREAMS-2000 (Vladivostok, Russia, 2000 r), International Symposium ' Atmospheric and ocean optics Atmospheric physics" (lrkutsk, Russia 2001 г), International Conference "Current problems m optics of natural waters" (St Petersburg, Russia, 2001 г), International Pan Ocean Remote Sensing Conference PORSEC (Bali,

Indonesia, 2002 i ) Результаты диссертации докладывались также па океанологических семинарах, проводимых в ТОЙ ДВО РАИ

Публикации

По теме диссер1ации опубликовано 16 научных работ, в том числе 12 статей и 4 тезисов докладов, указанных в конце реферата

Структура и объем работы

Диссертация состойi из введения, четырех глав, заключения и приложения Она содержит 140 страниц печатного текста, в том числе 48 рисунков, 15 таблиц, библиография включает 160 наименовании

Личный вклад автора

Все результаты, включенные в диссертацию, получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами Автор принимала непосредственное участие на всех этапах проведенного исследования, включая разработку методики обработки спутниковых данных, обработку спутниковых и экспериментальных судовых данных, анализ полученных результатов Вклад автора был, как правило, определяющим при получении судовых данных, разработке методики обработки спутниковых данных, написании большинства докладов и стагеи Авгор принимала непосредственное участие в отборе проб воды для определения пигментов фитопланктона в экспедициях в зал Петра Великого (НИС "Луговое" (23 11-02 12 1999 г, 03 03-11 03 2000 г)) в северо-западной части Японского моря (НИС "Павел Гордиенко" (14 04 23 04 1999 г)), в Охотском море (НИС "Профессор Гагаринский (02 06-16 06 2000 г)) Кроме того, автор самостоятельно опредечяла пигменты фитопланктона практически во всех рейсах, упомянутых в диссертации

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и задачи исследования Показана их научная новизна и практическая ценность, формулируются положения, выносимые на защиту

В первой главе приводится обзор литературы по изучению распределения хлорофилла-а в Японском и Охотском морях, как по судовым, так и спутниковым данным Изложена суть метода спутниковых измерений концентрации хлорофилла-а Приводятся сложившиеся представления о специфике ошибок спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а

В разделе 1 1 приводится сложившееся по судовым наблюдениям представление о распределении хлорофилла-а в Японском и Охотском море Приводятся сведения о временном и пространственном распределении пигмента в указанных выше районах

Раздел 1 2 посвящен освещению метода оценки концентрации хлорофилла-а по спутниковым данным Раздел разделен на три подраздела В разделе 1 2 1 изложена суть спутникового метода определения концентрации хлорофилла-а в приповерхностном слое вод В этом разделе приводится обзор работ по исследованию корреляционной связи между концентрацией хлорофилла-а и формой спектра яркости моря, оптических свойств морской воды В разделе 1 2 2 приводятся сведения о существующих биооптических алгоритмах расчета концентрации хлорофилла-а по спутниковым данным коэффициента яркости моря в определенных спектральных каналах В этом и предыдущем разделах также обосновывается необходимость коррекции спутниковых оценок концентрации хлоророфилла-а, связанных с региональной спецификой вод В разделе 1 2 3 приводится список спутников, предназначенных для регистрации данных по цвету океана Также приводятся сведения о сканере цвета 8еа\У1Г8 и спутнике ОгЬУ1е\\-2, на котором он находится Спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а указанного сканера былн использованы в данной работе

Раздел 1.3 посвящен рассмотрению работ, направленных на изучение динамических процессов в распределении \лорофилта-а связанных с некоторыми

океанологическими и метеорологическими явлениями (апвеллинги, конвективное перемешивание воды, фронты, вихри, речной сток, тайфуны) Приводятся работы по анализу сезонной изменчивости концентрации хлорофилла-а в исследуемых районах В статьях рассматриваются механизмы, определяющие пространственное и временное распределение хлорофилла-а При анализе этой литературы был сделан вывод, что для Японского моря слабоизучепной остается изменчивость концентрации хлорофилла-а в северном, северо-западном районе В Охотском море как основной механизм, приводящий к изменчивости концентрации хлорофилппа-а, рассмотрено таяние льда Однако не встречено работ по исследованию особенностей распределения хлорофилла-а, вызванного влиянием других факторов, по спутниковым данным

В разделе 1 4 дан обзор работ, посвященных сравнительному анализу спутниковых и судовых оценок концентрации хлорофилла-а, верификации и коррекции последних, выделению структурных особенностей биоопгических характеристик в верхггем слое океана На основе проанализированных работ сделано заключение, что в северо-западной части Японского моря систематических одновременных спутниковых и судовых измерений концентрации хлорофилла-а не проводилось Охогское море является более сложным с точки зрения динамики водных масс и для получения корректирующих спутниковые оценки уравнений необходимо деление Охотскою моря на большее количество районов, в которых наблюдаются квазиоднородньге оптические структуры

Вторая глава посвящена главным образом разработке подхода обработки спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а для их верификации и коррекции Приводится описание используемых в данной работе данных и представлены методики их получения

Раздел 2 1 посвящен представлению судовых данных Дается таблица рейсов, в которых были получены эти данные, с указаггием времени их проведения и координат, ограничивающих район исследования В подразделе 2 1 1 приводится методика определения концентрации хлорофилла-а в пробах морской води Для определения коицешрацни хлорофилла-а во взвеси фитопланктона, осевшей на фильтры, бьп применен стандартный спектрофогометрический метод, основанный

на анализе спектров поглощения экстракта хлорофилла-a в 90% ацетоне (Кобленц-Мишке, 1983, SCOR-Unesco , 1966) В подразделах 2 1 2 и 2 1 3 изложены методики определения прозрачности воды по глубине погружения диска Секки и оценки всей взвеси, присутствующей в морской воде, которая включает как частицы биологического, так и терригенного происхождения

В разделе 2 2 дана характеристика спутниковых данных, применяемых в работе Для верификации и коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-a и изучения океанологических процессов происходящих в приповерхностном слое океана, из центра хранения и обработки спутниковой информации центра космических полетов им Годдарда (GSFC DAAC - Goddard Space Flight Center Distributed Active Archive Center) Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) заказывались спутниковые данные уровня 1 Они содержали файлы LAC (Local Area Coverage) с пространственным разрешением данных 1,12км*1,12 км и файлы метеорологической информации о полях давления, вегра, относительной влажности с Национального центра по прогнозу окружающей среды (National Center for Environmental Prediction -NCEP) и общему содержанию озона со спектрометра ЕР-TOMS (Earth Probe-Total Ozone Mapping Spectrometer) Это позволяло автоматически производить атмосферную коррекцию радиационных потоков в спектральных каналах сканера цвета SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of view Sensor) при расчете концентрации хлорофилла-а по алгоритмам ОС2 и ОС4 с использованием программного обеспечения SeaDAS 4 6 Информация по приповерхностному ветру с файлов метеорологической информации использовалась при изучении ветрового апвеллинга в зал Петра Великого Для изучения сезонной и межгодовой динамики концентрации хлорофилла-a использовались спутниковые данные уровня 3, имеющие временное разрешение 8 дней и 1 месяц Эти данные переписывались с сайта http осе Micoioi &-sfc eos' Для изучения продуктивности воды при ветровом апвеллинге были проанализированы ИК-изображения, полученные со спутников NOAA и Aqua (EOS-PM1) Данные о направпении и скорости приповерхностного ветра использованные в работе, были получены микроволновым скаттерометром спутника QuikScat и переписывались с сайта http v\\\\\ -.чш uim

В разделе 2 3 изложен метод оценки интенсивности ветрового апвеллинга по его индексу Индекс апвеллинга рассчитывался по данным скорости и направления приповерхностного ветра, полученным с NCEP-центра в файлах метеорологической информации

Раздел 2 4 посвящен разработке подхода для верификации и коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а В литературных источниках, как правило, приводится сравнение спутниковых и судовых оценок концентрации хлорофилла-а без рассмотрения вопросов и проблем, которые возникают при этом Существуют работы, где обсуждаются отдельные темы, связанные с неоднозначностью спутниковых и судовых оценок концентрации хлорофилла-а по масштабу измерения (по глубине и площади морской noBepxnocTH)(Gordon et al, 1983, Букин и др , 2000) Результаты отмеченных работ используются в данной работе Так, например, предварительно при подготовке данных к исследованию при внесении поправок в спутниковые оценки на то, что они сформированы в приповерхностном слое воды, а не на поверхности как судовые применяется метод Гордона-Кларка (Gordon et al, 1983)

Проведенное в диссертационной работе исследование о правомерности привлечения к исследованию судовых и спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а, сдвинутых друг относительно друга по времени измерения, позволяет увеличивать объемы выборок Это представляется важным, так как при получении пар спутниковых и судовых оценок концентрации хлорофилла-а возникают определенные трудности, связанные с отсутствием спутниковых данных из-за облачности Помимо этого в исследовании возникает необходимость деления акваторий, где получены оценки биопродукционного параметра, на зоны с относительно одинаковыми оптическими свойствами воды Деление выборок с данными на подвыборки, по которым строятся уравнения коррекции, уменьшает их объемы Поэтому дело приходится иметь с выборками малого объема

Для оценки правомерности применения в исследовании спутниковых оценок сдвинутых по времени измерения от судовых наблюдении анализировались значения выборочного коэффициента корреляции (г) между теми и другими значениями, сдвинутыми друг относительно друга па 0, 1, 2, 3 дня Выявлено, что для

спутниковых и судовых оценок, сдвинутых по времени измерения на 1-2 дня он оставался значимым Тогда как при сдвиге в 3 дня коэффициент корреляции являлся статистически незначимым

Для региональной коррекции оценок алгоритмов ОС2 и ОС4 по спутниковым и судовым данным концентрации хлорофилла-а в программном обеспечении Excel методом наименьших квадратов были построены линейные уравнения При построении уравнений к ним применялась методика исключения выбросов Критические значения регрессионного коэффициента корреляции (R) определялись для 5%-ного уровня значимости из таблицы критических значений этого параметра

Разделение акваторий на зоны с относительно одинаковыми биооптическими свойствами осуществлялось по следующим характеристикам 1) коэффициент пропорциональности между спутниковыми и судовыми оценками концентрации хлорофилла-а, 2) величина концентрации хлорофилла-а на станции, 3) географическое положение станции (удаленность от побережья) Подобное разделение поверхности вод определяло выбор определенных групп значений концентрации хлорофилла-а при калибровке При анализе выборок малого объема использовалась соответствующая статистика Статистическая значимость уравнений, полученных по этим выборкам, оценивалась по критерию Стьюдента, использующего преобразование Фишера

В третьей главе рассматривается распределение хлорофилла-а в Японском и Охотском морях Анализируется пространственное распределение хлорофитлла-а по среднемесячным спутниковым картам, построенным за 1999-2003 гг Приводится годовой ход средних значений концентрации хлорофигтла-а в выделенных районах исследования за 1999-2001 гг Наряду со спутниковыми данными анализируются также судовые Рассматриваются некоторые механизмы, приводящие к изменчивости концентрации хлорофилла-а в исследуемых районах

Раздел 3 1 посвящен изучению распределения хлорофилла-а по спутниковым и судовым данным в Японском море Согласно спутниковым данным распределения хлорофилла-а за 1999-2003 гг, в целом для хочодного сектора Японского моря отмечено два основных максимума развития фитопланктона Они приходятся на апрель - май и ноябрь По оценке Кима и его коллег (Kim et al, 2000), в Японском

море (включая теплый сектор) наблюдаются весенний (март-май) и осенний (октябрь-декабрь) пики цветения фитопланктона Анализируя спутниковые карты хлорофилла-а за 1999-2003 гг в Японском море можно выделить несколько секторов с определенным ходом развития фитопланктона Отмечено, что в ноябре возрастание концентрации хлорофилла-а распространяется на весь район Японского моря Оно менее интенсивно, чем весеннее цветение фитопланктона, не имеет ярко выраженных максимумов По данным годового хода среднемесячных спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а, усредненных по зал Петра Великого, установлено, что пик весеннего увеличения этой биопродукционной характеристики приходится на апрель-май, а осеннего - на ноябрь В вертикальных профилях концентрации хлорофилла-а для начала марта на всех горизонтах, где были проведены измерения, отмечены низкие значения этого параметра Лишь на некоторых горизонтах были видны признаки начала весеннего цветения фитопланктона Для середины апреля в прибрежной зоне максимум концентрации хлорофилла-а (около 1-1,5 мг/м3) располагался на глубинах 5-25 м, а в мористой акватории он располагался на поверхности Для осеннего периода середины ноября-начала декабря для вертикальных профилей концентрации хлорофилла-а был характерен глубинный максимум, располагающийся, как правило, на глубине 10-25 м со значением около 15 мг/м3

В разделе 3 2 на основе спутниковых данных по концентрации хлорофилла-а, поверхностной температуре воды, скорости и направлению приповерхностного ветра за 2003-2004 гг рассматривается влияние ветрового апвеллинга и термической конвекции воды на биопродуктивность зал Петра Великого в осенний период Показано, что осенью к максимуму концентрации хлорофилла-а в зал Петра Великого приводят ветровой апвеллинг и термическая конвекция При сопоставлении спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а и индексов апвеллинга отмечено, что в сентябре и октябре между этими параметрами существовала взаимосвязь, а в ноябре нет Это заключение также подтверждается при сравнении среднемесячных распределений поля ветра, полученных микроволноволновым скаттерометром спутника ОшкИсаи с временным ходом концентрации хлорофилла-а в зал Петра Великого в осенний период По выходам на

поверхность вдоль побережья зал Петра Великого холодных глубинных вод на спутниковых распределениях поверхностной температуры в сентябре и октябре отмечено существование в этот период в этом районе апвеллинга Показано, что увеличение концентрации хлорофилла-а в зал Петра Великого при ветровом апвеллинге происходит под воздействием ветров северо-западного и юго-западного направления, дующим со скоростью 4-9 м/сек В ноябре распределение температуры поверхности воды имело однородную структуру Это указывает на преобладающую роль термической конвекции воды в эгот период в исследуемом районе Показано, что в ноябре к увеличению концентрации хлорофилла-а в зал Петра Великого приводит конвективное перемешивание воды

В разделе 3 3 рассматриваются распределения хлорофилла-а по спутниковым и судовым данным в Охотском море Отмечено, что первый максимум развития фитопланктона приходится на май-июнь, хотя иногда в южной части моря он сдвигается на апрель Второй максимум содержания хлорофилла-а уступает по мощности первому и наблюдается в сентябре - октябре Распределение хлорофилла-а осенью имеет более равномерный характер, чем весной По вертикальным профилям концентрации хлорофилла-а, полученным в рейсах в конце мая - начале июня 1999 г и июне 2000 г в районах у восточной части о Сахалин, отмечено, что в первом случае максимум биопродукционной характеристики располагался на поверхности, а во втором - на глубине 10-25 м Концентрация хлорофилла-а в максимуме составляла около 10 мг/м3

В разделе 3 4 обсуждаются некоторые механизмы, приводящие к изменчивости концентрации хлорофилла-а в Охотском море Показано, что в водах у восточного побережья о Сахалин максимальные концентрации хлорофилла-а наблюдаются над свалом глубин Способствуют этому приливные течения В 1999 г и 2000 г на свале глубин (соответственно ст 3 и 19, рис 1(а б)) зарегистрировано размывание галоклипа Верхняя его часть вышла на поверхность В придонном же слое соленость по сравнению с окружающими станциями уменьшилась

Рис. I. Концентрация хлорофилла-« на станциях н верхнем слое вод у восточной части о. Сахалин: а) в мае-июне 1999 г.: б) в июне 2000 г. Кружками обозначены

станции НИС "Утес" и 11ИС "I Трофессор I ш аринскпй". На врезках показано распределение солености и температуры на разрезе, выполненном в зал. Терпения

(самый нижний разрез)

Такой процесс характерен для приливно-отливного перемешивания. Вследствие перемешивания и подъема вод в поверхностном слое па ст. 19 отмечалось увеличение концентрации хлорофилла-;? до 1.3 мг/м' по сравнению с окружающими ее сг. 18 и 20. соответственно с 0.8 и 0.9 мг/м3. В 1999 г. повышенная по сравнение с окружающими станциями концентрация хлорофилла^ наблюдалась на ст. 3. где согласно гидрологических данных было зафиксировано поднятие иэохалин.

11о спутниковым и судовым данным отмечены существенные межгодовые изменения в содержании хлорофилла-« в районе у м. Терпения I ¡оказано, что па межгодовую изменчивость концентрации хлорофилла-а оказывают влиянйе гидрологические условия. Гидрологические профили по температуре и солёности показали, что и 1999 I. конвективное перемешивание воды было более глубоким, чем в 2000 г. В данном разделе обсуждаются возможные механизмы, приведшие к таким гидрологическим условиям (Захаркой и Др. 2007).

В разделе 3.5 делается обобщение результатов исследований, полученных а г реп. ей главе. Отмечено, что более высокие концентрации хлорофилла-*) по сравнению с Японским морем наблюдаются в Охотском море. Концентрация хлорофилла-« в весеннем максимуме развития фитопланктона по среднемесячным

спутниковым оценкам для Охотского моря была около 4-5 мг/м\ и для Японского — 1-3 мг/м. В осеннем максимуме концентрация хлорофилла^ для Охотского моря отмечена н пределах 1.5-3 мг/м3, а для Японского ■ 0.5-2 мг/м3.

Четвёртая глава посвящена верификации спутниковых оценок концентрации хлорофилла-« па основе сравнения их с судовыми данными, и также получению региональных уравнении коррекции для районов Японского и Охотского морей.

пачяеле 4.1 проводится верификация спутниковых оценок концентраций хлорофилла-« и построение сезонных уравнений для Японского моря. Судовые данные, взятые для верйфиКйцйй спутниковых оценок, были получены в восьми рейсах, проведенных в 1999-2004 гг. В этом исследовании было задействовано 210 станции. Отмечено, что в районе исследования преобладали воды с концентрацией хлорофилла-« около 0,6 мг/м' (рис. 2).

N 9!

к «

го о

ДП.пДп,_____

*Я1 ш 4>

33

о

ЛоЛдп

Щ 20

..П+П.! □

Шл

п,Д,

03 0.6 1; 1.5 13 Iт XI Э 03 ОБ 15 16 31 г.я 3.7 э о,э ад йй Н 31 2.4 27 3

Рис.2. Г истограммы концентраций хлорофилла-« в диапазоне значений от 0.01 до 3 мг/м* для: а судовых; б спутниковых; в- откорректированных данных

Сравнение спутниковых оценок концентрации хлорофилла-« с судовыми показало, что в холодной секторе Японского моря они, в большинстве случаев, завышены больше, чем на 35%. В зал. Петра Великого завышение спутниковых оценок относительно судовых составляло более чем 200%. В южной части моря они не превышали 35%. Этот результат согласуется с оценками японских коллег. Ошибки спутниковых опенок концентрации хлорофилла-а; приведённые в работе Сазаоки и др. (Закаока К. с! а!.. 2002) для станций, расположенных в юго-восточной части Японского моря неподалёку от о. Ховсю. не превышают 35%. В зал, 11етра Великого были зафиксированы также заниженные спутниковые оценки концентрации хлорофилла-«. Ьолыпе всего их наблюдалось на прибрежных станциях во время

проведения осенне-зимнего рейса НИС "Луговое" с 23 11 по 03 12 1999 Отмечено, что максимальная величина занижения спутниковых оценок не столь высока как при их завышении Она достигала 72% Обнаружено, что высокое завышение спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а характерно для данных, полученных в весенний период Построены сезонные уравнения коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а В таблице 1 приводятся статистические характеристики полученных уравнений, название рейса, в котором были получены судовые оценки, пространственные и временные границы применимости уравнении, т е время проведения рейса и координаты, ограничивающие области исследования Показано, что после применения полученных сезонных уравнений для коррекции спутниковых оценок откорректированное распределение приблизилось к судовому (рис 2)

В разделах 4 2, 4 3, 4 4 проводится анализ построения уравнений по подвыборкам, полученным по выборкам спутниковых и судовых данных рейсов НИС "Павел Гордиенко" (14 04-23 04 1999 г), "Луговое" (23 11-03 12 1999 г, 01 031103 2000 г), "Проф Гагаринский" (02 06-16 06 2000 г) В диссертации эти уравнения названы сезонными зональными Показано, что при разделении данных на подвьгборки достигаются более высокие показатели согласованности данных (коэффициента детерминации) Однако уменьшение при этом объемов данных в подвыборках приводит к меньшей статистической значимости получаемых уравнений Показано, что после коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а по этим уравнениям ошибка их определения снижается (табл 2)

ТЧ6ГОЩ4 1

Статистические харакгфжтигсиретонал^ых уравнений, координаты, огр аютдаваю щи е ран он, для которого ски б ыли построены, хреиягр oie денкя рейс oí, i которых поточены данные, испопьзуемы» при по строении уравнений А,В коэффициентыураЕнення Y=AX+B (Y судоваяоценкакокцентрадпи хлорофилла <з,Х спутниковая оценкаконцентрации хлорофилла <з), R, коэффициент детерттнщии уравнения (R коэффициент корреляции), N объем выборки

нис Зоны Время IT сведения рейса Коорсшнагы Аос2 Всс2 R" R N

Яхютское пере

Павел Гордгенко 14 m 2304 99 33,9743,24" с ш Щ57 3223*s д 0,35 0,15 08 0,89 21

а) мэ ристая 14042304 99 39,97-42,15'cm 130.S7-31,37*1 д а5 ЯП аэ 0,95 9

6j лртбрежная зона 14 M 2304 99 43,11-43,25" с ш 131,8-13228% д 0,25 0,29 0,94 0,97 6

в)гфамежу-юткаязо la 14 042304 99 4^23-42,78* с ш 131j68-132JQ5*B д <172 -0,63 0,97 0,98 6

Луговое 2311031295 42,29-42,93* с ш 130,72-133,04°е д Cl 76 а4б 045 0,67 36

а)моргстая зема 2311-0312S9 42,4423 "с ш 131,7 ¡32,2* 5 a 0,36 0,06 0,72 035 7

Б)затдв4я часть пркбрежнж зовы 23110312 99 ошю 30 км от затаинэго побережья зал Петра Великого 0,44 085 0,72 0^5 14

в)восточная часть прпбрежтой зоны 23 11 -031299 около 30 км от ГОСГОЧЮРО побережья зал Петра Велкхсто 086 а57 m 0,92 15

Луговое 0103-12П32СШ 42,2342,96' с ш 130,74-131£*вд 0,91 -036 0,72 035 18

а)мори:тая зека 01 0312032033 42,28-42,8' с ш 13074-133,04 *в д Q35 -ода 0,93 0?б 7

6)пр1£режная зона 0103-12Ш2Ш0 ошш 30 ккот западюгои ВОСЮТЮГО побережья зал Петра Великого 1,08 -0J37 0,998 0999 8

в! зона вблизи Владивостока 01 03-12Ш2000 42,7-42,56' с ш 131,4-13213* жд _ _ 5

Профессор Хромов 22 07130899 38,78-41,ЗГсш 131,3-134,01 *вд 1,02 -0,18 а ев 032 9

Профеа:ор Хромав 23 02-22Ш2000 35,84-46^63* с ш 129,84.1405* в я Q85 0,06 0,56 075 49

Профессор Гагаргаскии 07 04050601 38,01-43,3' с ш 131,49-1347* вд агз 0,35 а45 0,67 17

Профессор Гагаргаский 1411231103 35.03-42,98' с ш 123,9-134*1 д 042 a2i ЦЕ6 0,93 il

Академих Лаврентьев 07051805 04 35,3-42,7'с ш 130.1 134*1 я 0,57 -0J38 0,85 052 29

Охагаоэеморе

Профессор Гагаргосхкй Q2 célere 20Ш 53,0 54,5* с ш 143,37-144,95*1 д аз4 Al oss 0,92 9

аЪтоогстая зона 0206-16Г62С00 окою 50 км от промежуточной зоны 0,33 а 12 082 ш 5_

бЧптогвжуточная кша 02 06-16Г62ПГО около 50 илот пттебрежшй зоны - - 5

кЪриГрежшя ÎOTfj 0205 16062003 оьою S0 киот северо-восточного ГсЕерълГЬТ о Сахалин аз2 ¿U 091 0.95 4

Таблица 2

Относительные ошибки спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а до и после калибровки, рассчитанные по средним значениям в выделенной зоне

Зоны | еь % | е2,% Зоны | 51, % | е2,%

Японское море Охотское море

а) мористая зона 63 -5±б а) мористая зона 170 50±108

6) прибрежная зона 290 19±7 б1) прибрежная зона 220 78±67

в) промежуточная зона 140 П±1 в) промежуточная зона — —

вместе 190 17±10 вместе 180 -1±7

Залив Пет за В еликого

ноябрь- декабрь, 1999 г март, 20 00 г

а) мористая зона 160 0±5 а) прибрежная зона -6 0±4

б) восточная часть прибрежной зоны -20 8±24 б) мористая зона 250 0±1

в) западная часть прибрежной зоны -7 0±3 в1) вблизи Владивостока — —

вместе -7 -3±25 вместе 63 -3±46

В разделе 4 5 рассматриваются ошибки построения региональных уравнений Показано, что если принять абсолютное отклонение, вызванное неточностью спутниковых оценок из-за несоответствия их с судовыми по охвату площади измерения, за 100% от содержания хлорофилла-а в конкретной географической точке при 0,5 мг/м3 (изменчивость этих значений в пределе пикселя по наблюдениям Букина с коллегами (Букин и др , 2003) составляла порядка 50% от средней величины - 0,5 мг/м3), 50% при 1 мг/м3, 10% при 5 мг/м3, 0,5% при 10 мг/м3, то ошибка построения уравнения равна, соответственно, 102%, 51%, 10%, 5%

В разделе 4 6 приводится обобщение по четвертой главе Выявлено, что для Японского и Охотского морей спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а, в большинстве случаев, завышены Встречаются случаи, когда они занижены Обнаружено, что заниженные спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а в северо-восточной части Охотского моря имеют место над зоной свала глубин, а в зал

Петра Великого - у побережья в осенний период Отмечено, что при очень низких значениях концентрации хлорофилла-а порядка 0,05 мг/м3 их спутниковые оценки сильно завышены Ошибка при этом составляет от 900% и выше

Получены линейные уравнения коррекции сезонные - по наборам данных для конкретных рейсов, сезонные зональные - по выделенным для набора данных одного рейса зонам (табл 1) Показано, что после коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а ошибка их определения значительно снизилась (табл 2) В таблицах 1 и 2 подчеркнуты те зоны, для которых уравнения коррекции были статистически незначимы Прочерки в таблицах 1 и 2 означают, что после коррекции ошибка спутниковых оценок была больше, чем до нее

В заключении сформулированы следующие основные результаты работы

1 Установлено, что в зал Петра Великого в приповерхностном слое вод пик весеннего увеличения концентрации хлорофилла-а приходится на апрель-май, а осеннего - на ноябрь

2 Показано, что увеличение концентрации хлорофилла-а в зал Петра Великого при ветровом апвеллинге происходит под воздействием ветров северо-западного и юго-западного направлений, дующим со скоростью 4-9 м/сек

3 Показано, что в водах у восточного побережья о Сахалин максимальные концентрации хлорофилла-а наблюдаются над свалом глубин

4 Выявлено, что

-в холодном секторе Японского моря ошибки спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а превышают 35%,

-в зал Петра Великого завышение спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а относительно судовых наблюдается более чем на 200%,

-у северо-восточной части о Сахалин в Охотском море спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а в большинстве случаев завышены в среднем на 200%

5 Получены линеиные уравнения для коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофитла-а в Японском и Охотском морях

6 Показано, что после коррекции спутниковых оценок концентрации хлорофилла-а ошибка их определения снизилась для

северо-западной части Японского моря в апреле 1999 i с 290% до (19±7)%, зал Петра Великого в конце ноября - начале декабря 1999 г со 160% до (0±5)%, в марте 2000 г с 250% до (0±1)%,

северо-западной части Охотского моря в июне 2000 г со 180% до (-1±7)%

По теме диссертации онубчикованы следующие работы

1 Штрайхерт Е А, Захарков С П Определение концентрации хлорофилла-а методом рсгисфации восходящего излучения моря // Тез докл региональной конф студентов, аспирантов и молодых ученых по физике Владивосток, 1999 С 62-63

2 Schtraikhert Е А , Alekseev A V , Vamn N S , Yurasov G I, Zakharkov S P Chlorophyll-a and the hydrological conditions in Peter the Great Bay in autumn of

1999 // CREAMS abstracts Vladivostok, Russia, May 15-16, 2000 Vladivostok,

2000 P 40

3 Schtraikhert E A, Alekseev A V , Stonik I V ,Shevchenko О G Phytoplankton and pigment concentration distribution in Peter the Great Bay in autumn of 1999 // CREAMS abstracts, Vladivostok, Russia, May 15-16, 2000 Vladivostok, 2000 P 40

4 Zakharkov S P , Schtraihert E A. Alekseev A V , Vanin N S , Yurasov G I Influence the hydrological condition on distribution of chlorophyll-a concentration in Peter the Great Bay in autumn of 1999 // PICES abstracts, Victoria, Canada, October 5-13,

2001 Victoria, 2001 P 60

5 Захарков СП, Орлова I Ю, Ванин НС, Штрайхерт Е.А. Пигментный и видовой состав фитопланктона на северо-востоке Охотского моря в марте-апреле 1998 г //Океанология 2001 т 41, №5 С 711-718

6 Schtraikhert Е.А , Zakharkov S Р Determination of chlorophyll-a concentration on the sea surface using SeaWiFS // Eight Intern Symp on Atmospheric and Ocean Optics Atmospheric Physics proc of Sl'IE Irkutsk Russia June 25-29, 2001 Washington, USA, 2001 V 4678 P 454-463

7 Schtraikhert E A , Zakharkov S P The calibration of the SeaWiFS data by shipborne measurements // Light Intern Symp on Atmospheric and Ocean Optics Atmospheric

Physics proc ofSPIC Irkutsk Russia June 25-29, 2001 Washington, USA, 2001 V 4678 P 463-471

8 Schtraikhert E.A., Zakharkov S P Calibration of satellite monitoring data on chlorophyll-a distribution on the sea surface // Current problems in optics of natural waters proc Intern Conf St-Petersburg Russia September 25-29, 2001 St-Petersburg, 2001 P 209-215

9 Захарков СП, Бейбоу II, Пиммергут А, Селина МС, Штрайхерт Е А. Распределение биологических сообществ // Мониторинг метана в Охотском морс сб науч ст / под ред А И Обжирова Владивосток Дальнаука, 2001 С 42-54

10 Штрайхерт Е А , Захарков С П Восстановление распределения хлорофилла-а в поверхностных водах залива Петра Великого на основе данных SeaWirS // Океанологические исследования Сб ст по материалам конф молодых ученых ТОЙ ДВО РАН (27-30 ноября 2001 г)/ отв ред РГ Кулинич Владивосток Дальнаука, 2002 С 84-88

11 Schtraikhert Е А , Zakharkov S Р Investigation of the Seasonal Variability m the Chlrophyll-a Concentration, using SeaWiFS Data // PORSEC Proceedings, Bali, Indonesia September 3-6, 2002 Bali, 2002 P 80-84

12 Штрайхерт E.A Результат верификации спутниковых данных по концентрации хлорофилла-а в поверхностном слое вод дальневосточных морей России Владивосток, 2002 23 с -Деп в ВИНИТИ 07 08 02 № 1454

13 Schtraikhert ЕА, Zakharkov S Р The accuracy of chlorophyll-a concentration estimates of the SeaWiFS satellite color scanner from the data for Sea of Okhotsk in the spring-summer time // PICES Scientific Report № 26 proc of the 3rd Workshop on the Okhotsk Sea and Adjacent Areas Vladivostok Russia June 4-6, 2003 Canada, Sydney, 2004 P 139-143

14 Schtraikhert E A., Zakharkov SP Variability of chlorophyll-a concentration caused by wind upwelling m Peter the Great Bay in autumn of 2003 // Pacific Oceanography 2005 V 3, № 2 P 136-143

15 Шграйхср! Р Л ЗахарковС И Льякои С 1 Коррекция спутниковых оценок на основе сучовых шмерении копненIранни хлорофнч ш-я л 1Я Японскою моря // Исследование Земли из космоса 2006 №6 С 72-82

16 Захарков СП, Селина МС Ванин II С Штрайхсрг ЕА Бибоу II Продукционные характернаики фигоитанктона и ги фологические усювия западной част Охотского моря весной 1999 и 2000 и по судовым и спутниковым данным // Океанология 2007 (в печати)

По шислпо к пьчлш 16 0) 2007 Формат ь0\84/16

'____________________Тираж 100 ж; Заказ 67

Оикчашпо и ТОЙ ДВО РАН 690011 В и швоиок \1 Ьа пинская 43