Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря в современный период

Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности азовского моря в

современный период

Матишов Г.Г.

(1)-Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, (2) - Азовский филиал Мурманского морского биологического института КНЦ

РАН

Общей чертой Каспийского, Черного и Азовского морей является полная или почти полная изолированность от Мирового океана, которая обуславливает повышенную зависимость их режима и биопродуктивности от материкового стока и климатообразующих процессов в атмосфере.

В предшествующих работах [2, 3, 5-7] на количественном уровне было показано, что развитие экосистемы Азовского моря во многом предопределяется изменениями речного стока во-взаимодействии с колебаниями температуры воздуха и ветра, обусловленными в свою очередь структурой многолетней изменчивости атмосферной циркуляции (АЦ).

Основные физико-химические характеристики (соленость, термохалинная структура и вертикальная устойчивость вод, биогенные вещества) формируются главным образом речным стоком во взаимодействии с температурой воздуха и ветром преимущественно за рассматриваемый год и 4-6 предшествующих. Для первичной продукции органического вещества, биомасс фито и зоопланктона, зообентоса этот период помимо рассматриваемого года включает 2-7 предшествующих. Решающий вклад в динамику численности и структуры популяций, уловов, запасов и промыслового возврата поколений полупроходных и некоторых проходных рыб вносит сток рек его бассейна (особенно половодный) в рассматриваемый и 3-6 предшествующих года. Для многолетних колебаний подобных показателей осетровых рыб определяющее значение имеет величина стока рек Дон и Кубань в наиболее важные периоды их воспроизводственного цикла рассматриваемого года, а также 9-12 и более предшествующих лет. Выявлено, что влияние речного стока на различные физико-химические и гидробиологические характеристики Азовского моря неоднозначно, но результирующий эффект положителен. Влияние характера процессов в атмосфере ещё более неоднозначно и противоречиво. Но в целом биопродуктивность Азовского моря возрастает в периоды развития западной формы АЦ и в

значительно меньшей степени при доминировании северной (С), а в годы повышения повторяемость восточной (Е) - уменьшается. В первом случае приток речных вод и пресный баланс Азовского моря увеличиваются, а соленость понижается, во-втором же результат обратный. Наиболее важен характер атмосферных процессов холодного времени рассматриваемого года и 2-5 предшествующих.

В последние 10-15 лет АЦ характерны резко выраженные особенности: рост повторяемости в холодное время года западной и северной форм АЦ, при снижении частоты появления восточной. Повторяемость указанных типов макропроцессов, установленных Г.Я.Вангенгеймом [1] в годовом отношении близка к среднемноголетним (1891-2001 гг.) величинам.

Следствием стал ряд аномальностей в многолетних колебаниях элементов водного баланса, характеристик термического, ветрового и уровенного режимов, термохалинной структуры его вод и необычайное распреснение Азовского моря в последние десять лет до значений 70-летней давности (10-11%о).

Анализ подобных изменений и их причин важен не только в теоретическом, но и практическом отношениях, поскольку гидрофизическая структура вод Азовского моря в целом и его соленость в частности в значительной мере определяет пространственно-временную структуру распределения планктонных и донных сообществ гидробионтов, скоплений, распределения и миграций полупроходных, проходных и морских видов рыб по акватории моря.

Следствием территориального, внутригодового и межгодового перераспределения, а также различий в направленности климатических условий формирования стока рек Дон и Кубань стало уменьшение степени синхронности, синфазности в многолетних колебаниях их водности, появление и усиление асинхронности и асинфазности. Наиболее выражены эти изменения со второй половины 80-х годов ХХ века, когда произошла указанная ранее смена характера атмосферной циркуляции и особенно в холодное время года.

Речной сток увеличился (главным образом р.Кубань) до 35-36 км3/год, в том числе в осенне-зимнее время почти на 4 км3/год или треть. Вместе с тем, вероятность формирования в гидрографической сети во время весенне-летнего половодья водного режима, благоприятного для воспроизводства проходных и полупроходных рыб Азовского моря составляет не более 10% на донских и 20% на кубанских нерестилищах, что в 8 и 4 раза соответственно уступает аналогичному показателю естественного периода.

Для фазы современного распреснения Азовского моря в целом свойственны те же закономерности формирования его солености под влиянием речного стока, что и ранее. Однако для этого периода характерно некоторое снижение вклада в межгодовые колебания солености Азовского моря и особенно Таганрогского залива речного стока (соответственно от г=-0.97 и -0.89 до г=-0.87...-0.90 и г=-0.42...-0.51) и относительное усиление влияния других составляющих его водного баланса и особенно водообмена с Черным морем, а также атмосферной циркуляции. Обусловлено это не только изменениями в последние 15 лет характера климатообразующих процессов в атмосфере (рост повторяемости в холодное время года макропроцессов W и С, снижение частоты появления типа Е и развитие всех форм в целом за год на уровне близком к норме), но и с некоторым уменьшением воздействия антропогенного сокращения стока рек. Тем не менее следует подчеркнуть, что влияние многолетних колебаний речного стока на изменения средней солености Азовского моря, по сравнению с другими элементами водного баланса, является решающим и в современный период, хотя статистически это выражено несколько слабее. Межгодовые изменения солености Азовского моря в целом как и для ряда 1960-1986 гг. в наибольшей степени коррелирует с суммарным стоком за рассматриваемый и 4-5 предшествующих лет. В то же время пространственно-временная структура полей солености в Азовском море, характер и степень сопряженности изменчивости её параметров с колебаниями стока рек иные по сравнению с 1960-1986 гг.

Действительно, как было показано ранее [2, 3, 6] теснота обратной связи между годовым объемом суммарного стока рек Дон и Кубань с одной стороны и среднегодовой соленостью вод Азовского моря в различных точках постепенно уменьшается в направлении с северо-востока на юго-запад от Таганрогского залива (г=-0.76.-0.94) к Арабатской стрелке и Керченскому проливу (г=-0.21 .-0.33). Пространственное распределение изолиний коэффициентов корреляции четко отражало плавное уменьшение опресняющего влияния стока основных рек по мере отдаления от их устьев и усиление осолоняющего воздействия притока черноморских вод через Керченский пролив. Статистически наименьшее влияние речной сток первого года оказывал на межгодовые изменения солености в западной части центрального, а также в северо-западной предпроливного и восточных частях, прилегающего к Арабатской стрелке, районов. На основании этого предполагалось, что эта часть акватории Азовского моря является, видимо, наиболее «застойной», для которой свойственна малая межгодовая изменчивость не только солености, но, вероятно, и

некоторых других гидролого-гидрохимических и биотических параметров. По крайне мере можно было утверждать минимум их изменчивости, связанной с многолетними колебаниями речного стока, или замедленную реакцию на его межгодовые вариации.

Современный период отличается отсутствием, характерного для предшествующих лет статистически четко выраженного влияния речных вод и на пространственное распределение солености в Азовском море.

Наименее существенна реакция солености азовоморских вод на межгодовые колебания стока рассматриваемого года в районах прилегающих к северному берегу собственно моря и особенно (10-15%) между косами Федотова и Обиточная, а также на большей части центрального района. Более значителен вклад флуктуаций годового стока в колебаниях солености западного и юго-западного районов, примыкающих к Арабатской стрелке (45-51%). Ещё более существенен (47-72%) он для восточной половины собственно моря распресняемой стоком реки Кубани, для которой в большую часть современного периода характерна исключительная климатообусловленная многоводность. Максимум же (около 87-88%) приходится на акваторию непосредственно прилегающую к входу в Керченский пролив, вариабельность солености вод которой отражает характер и интенсивность водо и солеобмена Азовского моря с Черным.

Уровень Азовского моря в современных условиях повышен и относительно стабилен. Связано это не только с положительным, начиная со второй половины 70-х годов ХХ-века, трендом в межгодовых вариациях пресного баланса моря (суммарное поступление пресных вод с речным стоком и атмосферными осадками за вычетом потерь на испарение), но и с факторами тектонического происхождения, а также и с эвстатическим подъемом уровня средиземных морей (в том числе Черного) и Мирового океана [4].

Анализ многолетних (1945-2000 гг.) колебаний среднегодовой температуры вод поверхностного слоя прибрежных районов Азовского моря (наблюденной гидрометстанциями России и Украины) позволяет отнести последние 12 лет ХХ века и начало ХХ! к преимущественно теплым в сравнении со средней температурой воды для рассматриваемого 56-58 летнего периода. Однако некоторые годы (1992, 1993, 1997) были относительно холодными. Большинство весен также оказалось теплыми, особенно в первые (1989, 1990) и последние (1999, 2000) годы. Летние месяцы в течение 15-17 лет имели повышенный температурный фон (особенно 1998-2002 гг.). Последняя четверть ХХ века представлена чередующимися короткими периодами

похолодания (1976-1977, 1985-1988 гг.) и потепления (1978-1984, 1989-1992, 1994-1996 гг.) на фоне в среднем слабо выраженных более длительных фаз пониженных (19781988 гг.) и повышенных (1989-2000 гг.) осенних температур воды. Зимы для большинства районов Азовского моря в последние 14-18 лет стали преимущественно несколько холоднее (особенно 1984-1999, 2002 гг.) по сравнению со средними ее показателями второй половины ХХ века.

Для последних 50-60 лет в изменениях среднегодовой скорости ветра наблюденной в прибрежных районах гидрометстанциями Роскомгидромета прослеживаются два периода примерно одинаковой продолжительности. Первый с середины 40-х до начала-середины 70-х годов ХХ века с повышенной ветровой активностью и второй с пониженной в дальнейшем. Причем особенно существенное уменьшение скоростей ветра наблюдается с 1988 г. В многолетних изменениях весенних и летних скоростей ветра положительная аномальность преобладает до начала 60-х годов. В дальнейшем, до середины-конца 70-х годов ветровая активность близка к норме, а в последующие годы ей уступает. В колебаниях осенних скоростей ветра период с преимущественно пониженными характеристиками длительностью более 30 лет наступил после 1969 г. Особено резко пониженными скоростями ветра отличаются зимы последних 15 лет. В целом понижение среднегодовых и среднесезонных скоростей ветра с середины 40-х годов до конца ХХ - начала ХХ1 веков составляет около 1.2-1.5 м/с.

Направленность тенденций и трендов, длительность периодов похолодания и потепления, время их начала и окончания, степень аномальностей в многолетних колебаниях температуры поверхностных вод побережья Азовского моря отличаются между собой и не всегда в полной мере совпадают с аномальностью и периодичностью в многолетних изменениях температуры воздуха. Объясняется это соответствующими особенностями местных климатообразующих условий и в первую очередь общей и местной атмосферной циркуляции, морфологии и морфометрии береговой черты и дна, а также определяемыми ими различиями процессов плотностной стратификации, горизонтальных и вертикальных адвекций и, наконец различиями физических свойств и аномальностей вод разной солености. Изложенное в целом относится и к ветровому режиму различных частей побережья Азовского моря и в значительной степени объясняется теми же причинами.

Обращает на себя внимание тот факт, что устойчивая смена знаков аномалий в многолетних вариациях характеристик ветрового и термического режимов, водности

рек и других элементов водного баланса Азовского моря совпадают по времени со сменой в 50-х - 60-х и 80-х годах ХХ века макроциркуляционных эпох.

Первая из них в сочетании с антропогенным сокращением стока рек привела к известному осолонению Азовского моря в 1972-1976 гг. почти до 14.0%о, а вторая, несмотря на существенный уровень безвозвратных изъятий речного стока, к его распреснению в 1993-2002 гг. до 10-11%, величинам характерным для 20-х - 30-х годов ХХ века. Ранее [3, 6] было доказано, что осолонение Азовского моря было вызвано развитием в холодное время года восточного типа АЦ, а распреснение ростом повторяемости западного и северного. Синоптические условия в первом случае вызывают резкое снижение водности рек и значительный рост адвекций черноморских вод, во-втором пресный баланс увеличивается, а интенсивность водо и солеобмена с Черным морем через Керченский пролив падает.

Таким образом, к основным,. преимущественно климатообусловленным особенностям гидрометеорологического режима Азовского моря в современных условиях (главным образом последних 10-15 лет) относятся:

1. Близкая к норме годовая повторяемость всех форм атмосферной циркуляции при аномальном развитии в холодное (и особенно зимнее) время года макропроцессов зонального и меридионального (С) типов и резком уменьшении частоты появления восточного (Е);

2. Некоторое ослабление влияния межгодовых вариаций речного стока на многолетнюю изменчивость солености Азовского моря и усиление воздействия на нее атмосферных процессов;

3. Отсутствие характерного для предшествующих лет, статистически четко выраженных закономерностей влияния на соленость стока р.Дон и рост воздействия водности р.Кубань, малых рек Восточного и Северного Приазовья, распресненных сбросных вод из Сиваша;

4. Уменьшение степени межгодовой изменчивости солености вод Азовского моря и особенно в Таганрогском заливе, обусловленное главным образом резким снижением вариабельности стока р.Дон при некотором ее росте у р.Кубань, сменой синхронности и синфазности в многолетних колебаниях их водности на асинхронность и асинфазность, определившими значительное сглаживание флуктуаций суммарного притока пресных вод в Азовское море;

5. Потепление прибрежных азовоморских вод в целом, наиболее выраженное для летнего периода, при относительно «холодных» зимах;

6. Резко выраженная во все сезоны (особенно в зимний период) ветровая депрессия;

7. Повышение водности рек (главным образом р.Кубань) и особенно в осенне-зимнее время;

8. Высокое стояние уровней воды в Азовском и Черном морях;

9. Снижение интенсивности водообмена через Керченский пролив, уменьшение стока распресненных азовоморских и притока соленых черноморских вод;

10. Экстремальное распреснение Азовского моря в последние 10 лет до величин близких к его характеристикам примерно 70-летней давности.

Современные гидрометеорологические условия формирования

биопродуктивности Азовского моря в основном благоприятны (относительно повышенная водность рек, распреснение Азовского моря, сравнительно холодные зимы). К неблагоприятным климатообусловленным факторам можно отнести резко выраженную ветровую депрессию и с некоторой долей неопределенности потепление азовоморских вод в целом и особенно в летнее время. Можно предполагать, что наблюдаемое с конца 80-х годов прошлого столетия расширение в летний период зон с дефицитом кислорода в придонных слоях Азовского моря и рост в нем первичного продуцирования органического вещества в значительной степени связано с повышением температурного фона и резко выраженной ветровой депрессией.

Есть достаточно оснований ожидать, что преимущественно благоприятные тенденции в климатообусловленных изменениях гидрометеорологических основ формирования биопродуктивности Азовского моря сохраняться и в первой четверти ХХ1 века. Однако положительный эффект подобного развития процессов в атмосфере в полной мере скажется лишь при условии сокращения изъятий стока (до 5-6 км3/год или 14-15% годового объема) и восстановления пространственно-временной структуры его колебаний (особенно в период половодья) до параметров, приближающихся к естественным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вангенгейм Г.Я. // Метеорология и гидрология. 1938. №3. С.38-58.

2. Гаргопа Ю.М. // Гидробиологический журнал. 1988. Т.24. №6. С. 63-67.

3. Гаргопа Ю.М. В кн.: Закономерности океанографических и биологических процессов в Азовском море. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2000. С. 5-81.

4. Михайлов В.Н., Повалишникова Е.С., Зудилина С.В. и др. // Водные ресурсы. 2001. Т.28. №6. С. 645-654.

5. Современное развитие эстуарных экосистем на примере Азовского моря. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1999. 366 с.

6. Среда, биота и моделирование экологических процессов в Азовском море. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2001. 413 с.

7. Экосистемные исследования Азовского моря и прибрежья. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. 447 с.