Пространственно-временное распределение хлорофилла «а» в заливе петра Великого и прилегающей открытой части Японского моря

Вестник ДВО РАН. 2012. № 2

УДК 574.5

|е.в.ашихминА, Е.А.КОЛБИНА

Пространственно-временное распределение хлорофилла «а» в заливе Петра Великого и прилегающей открытой части Японского моря

На основе спутниковых данных за 1998-2007 гг. определены тенденции долговременного изменения содержания хлорофилла «а» в зал. Петра Великого и прилегающей открытой части Японского моря. Выявлено, что характерное для указанной акватории снижение содержания хлорофилла «а» имеет локальные особенности в зал. Петра Великого.

Ключевые слова: хлорофилл, Японское море, спутниковые данные, пространственное распределение.

Spatial-temporal distribution of the chlorophyll «a» in Peter the Great Bay and the adjoining open part

of the Sea of Japan. E.V.ASHIHMINA, E.A.KOLBINA (Institute of Automation and Control Processes, FEB RAS, Vladivostok).

The tendencies of the long-term changes of the abundance of chlorophyll «a» in Peter the Great Bay and the adjoining open part of the Sea of Japan are revealed on the basis of satellite data for 1998-2007. It has been detected that typical decrease of chlorophyll "a" for the described water area has local peculiarities in Peter the Great Bay.

On the whole the abundance of the chlorophyll has decreased but local features are observed for

Key words: chlorophyll, the Sea of Japan, satellite data, spatial distribution.

В последние десятилетия ХХ в. акватория зал. Петра Великого - одного из наиболее крупных заливов холодного сектора Японского моря - интенсивно загрязнялась неочищенными бытовыми стоками, нефтью и другими токсичными веществами. По данным траловых станций начиная с 1996 г. в заливе снижаются численность и биомасса донной ихтиофауны [1]. Исследования видового разнообразия донной ихтиофауны в различных участках залива выявили ряд негативных моментов, указывающих на возможность изменения видовой структуры донного ихтиоценоза [1-3].

Одним из параметров, позволяющих оценить состояние экосистем океана, является концентрация хлорофилла «а» (chl-a) - основного пигмента клеток фитопланктона, обеспечивающего процесс фотосинтеза. От его количества и интенсивности функционирования зависит величина фотосинтетической первичной продукции - скорости продуцирования органического вещества в процессе фотосинтеза, которая определяет общую биопродуктивность океана.

Изучению распределения хлорофилла «а» в зал. Петра Великого посвящен ряд работ, однако представленные в них оценки, полученные на основе экспедиционных данных, носят локальный характер [5-9]. Для достаточно больших площадей их статистическая достоверность весьма низка, а получение сравнимых оценок, основанных на синхронном взятии проб в разных частях акватории Японского моря, практически невозможно.

АШИХМИНА Елена Владимировна - кандидат биологических наук, КОЛБИНА Екатерина Александровна -кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник (Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток). E-mail: pavlova@iacp.dvo.ru

Работа частично поддержана грантом РФФИ, проект № 11-01-98517-р_восток_а.

Качественно новый этап в изучении распределения хлорофилла «а» в Мировом океане начался с появлением спутникового мониторинга, обеспечивающего дистанционное зондирование поверхностных вод. Регулярность сбора данных по всей площади Мирового океана позволяет выделять особенности динамики chl-a на различных акваториях, проводить их сравнение, выявлять многолетние тенденции изменения [12]. Результаты спутникового мониторинга не содержат прямой информации о фитопланктоне, но дают возможность судить о его состоянии на основе показателей содержания хлорофилла в верхнем водном слое океана. Можно только предполагать, что концентрации фитопланктона и хлорофилла связаны монотонно возрастающей зависимостью.

Известные нам исследования с использованием спутниковых оценок chl-a направлены в основном на решение проблем, связанных с коррекцией этой информации [4, 10-12]. Цель нашей работы - изучение закономерностей пространственно-временного распределения chl-a в зал. Петра Великого и прилегающей к нему открытой части Японского моря, а также выявление возможных тенденций его изменения на основе многолетних спутниковых данных.

Нами использована информация, полученная со спутника OrbView-2 со сканером SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field - of view Sensor) в 1998-2007 гг.* В качестве исходных служили данные 3-го уровня (Level 3). Для извлечения значений из формата HDF-L3 в пикселях с заданными географическими координатами применена программа get_l3_pixel_value.exe, предоставленная ведущим инженером-программистом лаборатории спутникового мониторинга ИАПУ ДВО РАН Е.В.Фоминым, за что авторы выражают ему искреннюю благодарность. Измерения усредняли по пространственным и временным интервалам. Размер пространственной ячейки (точки) - 9 х 9 км (12 точек на 1°), временной интервал - 1 сут. Распределение chl-a рассчитывали по алгоритму OC4 и представляли в мг/м3. Район рассмотрения ограничивали координатами 42,93-41,40° с.ш., 130,70-132,95° в.д.

Анализ спутниковой информации показал отсутствие данных за большие временные интервалы в отдельно взятые годы. Наиболее неполная информация по прибрежной зоне: для ряда точек (Амурский и Уссурийский заливы) данные отсутствуют или имеются по 1-3 дням в году; такие из расчетов исключены. Из средневзвешенных ежедневных значений, полученных на основе объединения данных по 10 годам (рис. 1), рассчитывали среднемесячные оценки для каждой пространственной точки, далее - среднемесячные и среднесезонные оценки для зал. Петра Великого и прилегающей к нему открытой части Японского моря (табл. 1). Границей залива со стороны моря считается линия, соединяющая устье р. Туманная с мысом Поворотный - параллель 42,43° с.ш. Поскольку величина chl-a - динамичная характеристика (отношение max/min в течение месяца может достигать 20 в заливе и 12 в открытой части), в качестве среднемесячного показателя рассматривали медиану (Me) ряда значений.

Во временной динамике chl-a, как отмечено ранее [5, 10], четко прослеживается наличие двух максимумов - весеннего и осеннего, связанных с интенсивным ростом (цветением) фитопланктона. Однако между заливом и прилегающей частью моря имеются временные и количественные различия. В заливе рост концентрации chl-a в большинстве точек начинается уже в феврале (рис. 1), достигает максимума в марте и сохраняется на достаточно высоком уровне в апреле. В прилегающей к заливу части моря увеличение концентрации chl-a в большинстве точек начинается в марте, максимум фиксируется в апреле. Осенние максимумы в заливе и открытой части моря наблюдаются одновременно - в ноябре. В заливе минимальные среднемесячные оценки chl-a отмечаются в июне. По имеющимся локальным данным в некоторых бухтах зал. Петра Великого в августе происходит незначительный рост концентрации фитопланктона [6-8]. На основе этих

* Ocean Color. http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/

данных можно предполагать некоторый рост концентрации хлорофилла. В открытой части моря низкие концентрации сЫ-а отмечены в июне-сентябре (табл. 1).

Непосредственно для зал. Петра Великого количественные оценки сЫ-а в периоды весеннего и осеннего пиков приблизительно одинаковы (2,45/2,58), в открытой части акватории весенний пик более чем в два раза превышает осенний (2,06/0,94). В пространственном распределении сЫ-а в заливе и на прилегающей акватории четко прослеживается тенденция достаточно монотонного уменьшения пиков по мере удаления от береговой зоны (рис. 2).

Обобщение литературных данных позволяет говорить о том, что основным фактором, определяющим интенсивность развития фитопланктона, является концентрация биогенных элементов. Их поступление в зону фотосинтеза обусловлено стратификацией водных масс. Рост температуры, приводящий к увеличению градиента плотности водной массы, способствует снижению поступления биогенов из глубинных слоев и соответствующему снижению концентраций фитопланктона в летние месяцы. Осеннее уменьшение поверхностной температуры и градиента плотности водных масс, интенсивный ветровой

апвеллинг, характерный для данного района в это время года, приводят к обогащению верхних слоев биогенными элементами и новому росту фитопланктона.

Для выявления возможных долговременных тенденций изменения распределения сЫ-а рассматривали среднемесячные оценки, полученные за два последовательных периода: 1998-2002 гг. и 2003-2007 гг. (табл. 2).

Наиболее ярко тенденция изменения среднемесячных оценок распределения сЫ-а выражена в периоды весеннего и осеннего максимумов (рис. 3). В зал. Петра Великого в период весеннего пика отмечается снижение содержания сЫ-а в марте и апреле (на 35% (2,64/1,71) и 55% (2,47/1,1), соответственно), в период осеннего пика - увеличение на 39% (2,05/2,85) (табл. 2, рис. 4а). В прилегающей к заливу открытой части моря отмечается уменьшение сЫ-а в периоды весеннего и осеннего пиков - на 33% (2,28/1,52) в апреле и на 24% (1,03/0,78) в ноябре (табл. 2, рис. 4б).

Следует отметить, что использование спутниковой информации в настоящее время имеет ряд существенных ограничений: невозможность наблюдений из-за облачного покрова; получение оценок только для поверхностного слоя (20-25% от глубины эвфотиче-ской зоны). Не исключены значительные ошибки, связанные с возмущающим воздействием на сигнал атмосферы: на данный момент надежной модели атмосферной коррекции не существует. Большое число облачных дней в рассматриваемом нами районе и отсутствие надежного алгоритма атмосферной коррекции приводят к потере значительного объема информации, вследствие чего получение корректных оценок возможно только на основе многолетних данных. Кроме того, глобальные алгоритмы расчета сЫ-а во многих случаях требуют региональной коррекции, поскольку разработаны для открытых вод океана (вод 1-го типа). В случае их применения для акваторий с другими биооптическими

4.50

£ 0,00

XII I ¡1 III IV V VI VII VIII IX X XI XII

а.

щ

т 3,00

XII I И III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Месяц

Рис. 2. Динамика среднемесячных оценок концентрации хлорофилла «а»: а - зал. Петра Великого, б - прилегающая открытая часть Японского моря. 1-6 - отдельно взятые по мере удаления от береговой линии точки с координатами: 131,86° в.д. и 42,77°, 42,68°, 42,6°, 42,18°, 41,4°, 41,43° с.ш., соответственно

Рис. 3. Изменение пространственно-временного распределения среднемесячных оценок концентрации хлорофилла «а» в 1998-2002 гг.

Рис. 4. Сравнительная динамика среднемесячных концентраций хлорофилла «а» в зал. Петра Великого

Таблица 1

Среднемесячные и среднесезонные значения концентрации хлорофилла «а» в поверхностном слое зал. Петра Великого и прилегающей к нему открытой части Японского моря на основе многолетних спутниковых данных (1998-2007 гг.), мг/м3

Зима Весна Лето Осень

Показатель

XII I II III IV V VI VII VIII IX X XI

Зал. Петра Великого

0,91 1,81 0,54 1,33

Меап 1,27 0,62 1,08 2,29 2,01 0,91 0,63 0,43 0,63 0,59 1,10 2,61

Ме 1,24 0,54 0,79 2,45 2,00 0,93 0,59 0,35 0,49 0,50 0,98 2,58

Мах 2,91 1,29 3,28 6,61 3,18 1,58 1,11 1,86 5,25 1,62 2,67 4,56

Мш 0,53 0,37 0,35 0,54 0,88 0,68 0,44 0,29 0,30 0,30 0,64 1,08

Японское море

0,45 1,05 0,31 0,57

Меап 0,62 0,38 0,35 0,53 2,13 0,88 0,41 0,27 0,26 0,29 0,53 0,96

Ме 0,61 0,37 0,34 0,51 2,06 0,85 0,39 0,26 0,23 0,26 0,50 0,94

Мах 1,02 0,59 0,67 2,70 3,73 1,63 0,94 0,45 0,84 1,14 1,28 2,28

Мш 0,49 0,31 0,29 0,29 1,28 0,56 0,33 0,23 0,20 0,22 0,38 0,75

Таблица 2

Среднемесячные оценки концентрации хлорофилла «а» в поверхностном слое зал. Петра Великого и прилегающей к нему открытой части Японского моря на основе многолетних спутниковых данных, мг/м3

Годы Показатель I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Зал. Петра Великого

1998-2002 Меап 0,67 1,20 2,78 2,55 0,77 0,54 0,39 0,71 0,66 0,92 2,22 1,37

2003-2007 Меап 0,58 0,96 1,81 1,26 1,09 0,71 0,48 0,55 0,51 1,24 2,98 1,14

1998-2002 Ме 0,62 0,92 2,64 2,47 0,72 0,50 0,33 0,45 0,55 0,82 2,05 1,33

2003-2007 Ме 0,47 0,69 1,71 1,10 1,08 0,64 0,37 0,52 0,47 1,06 2,85 0,99

Японское море

1998-2002 Меап 0,40 0,36 0,57 2,55 0,76 0,40 0,25 0,27 0,31 0,55 1,08 0,63

2003-2007 Меап 0,35 0,34 0,48 1,65 1,05 0,43 0,28 0,25 0,28 0,52 0,85 0,59

1998-2002 Ме 0,39 0,35 0,51 2,28 0,70 0,38 0,24 0,25 0,27 0,52 1,03 0,62

2003-2007 Ме 0,35 0,33 0,47 1,52 1,00 0,40 0,27 0,21 0,25 0,50 0,78 0,58

параметрами (загрязненные мутные воды прибрежных зон) возможны значительные ошибки. Если ошибки спутниковых оценок для вод 1-го типа в среднем находятся в пределах 35%, то для прибрежных вод они могут быть гораздо значительней [4]. Сопоставление спутниковых оценок сЫ-а с имеющимися судовыми измерениями в районе зал. Петра Великого показало как их завышение, так и занижение [11]. Использование алгоритма региональной коррекции спутниковых оценок может привести к необходимости коррекции отдельных среднемесячных оценок непосредственно для акватории зал. Петра Великого. Вместе с тем общая коррекция данных не может повлиять на результаты наших работ, основанные на многолетних оценках.

Таким образом, нами выявлена тенденция долговременного изменения распределения хлорофилла «а» на исследуемой акватории, а именно неуклонного его снижения в открытой части Японского моря и, в меньшей степени, в зал. Петра Великого. Это может привести к существенным изменениям всех параметров экосистемы акватории.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ашихмина Е.В. Оценка видового богатства ихтиофауны залива Петра Великого (Японское море) // Естеств. и техн. науки. 2009. № 4(42). С. 80-85.

2. Ашихмина Е.В. Оценка видового разнообразия ихтиофауны залива Петра Великого (Японское море) // Естеств. и техн. науки. 2010. № 1(45). С. 103-110.

3. Ашихмина Е.В. Оценка видового разнообразия ихтиофауны залива Петра Великого (Японское море) // Системный анализ проблемы устойчивого развития: тр. Ин-та системного анализа РАН. М.: ИСА РАН, 2009. Т. 42. С. 273-284.

4. Букин О. А., Пермяков М.С., Зенкин О.Л. и др. Сравнительный анализ результатов измерений концентраций хлорофилла-а, полученных с использованием данных сканера цвета морской поверхности SeaWiFS и методом лазерной индуцированной флюоресценции в Охотском море // Исследование Земли из космоса. 2003. № 4.

5. Зернова В.В. Некоторые закономерности распределения фитопланктона в Японском море и прилегающих районах Тихого океана // Исследования планктона Японского моря. М.: ИО АН СССР, 1980. С. 15-22.

6. Коновалова Г.В. Биомасса фитопланктона залива Петра Великого и особенности ее динамики // Биология шельфовых зон Мирового океана: сб. трудов Второй всесоюз. конф. по морской биологии. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1982. С. 90-91.

7. Коновалова Г.В. Сезонная характеристика фитопланктона в Амурском заливе Японского моря // Океанология. 1972. Т. 12, № 1. С. 123-127.

8. Селина М.С. Фитопланктон залива Восток Японского моря: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток: ИБМ ДВО РАН, 1998. 25 с.

9. Стародубцев Е.Г., Логинов А.А., Захарков С.П. Хлорофилл-а в северо-западной части Тихого океана // Океанология. 1988. Т. 28, № 1. С. 122-126.

10. Штрайхерт Е.А., Захарков С.П., Дьяков С.Е. Коррекция спутниковых оценок на основе судовых измерений концентрации хлорофилла-A для Японского моря // Исследование Земли из космоса. 2006. № 6. С. 73-82.

11. Штрайхерт Е.А. Распределение хлорофилла-А в Японском и Охотском морях по спутниковым и судовым данным: дис. ... канд. геогр. наук. Владивосток, 2008. 160 с.

12. Gregg W.W., Conkright M.E. Global Seasonal Climatologies of Ocean Chlorophyll: Blending in situ and Satellite Data for the Coastal Zone Color Scanner Era // Geophysical Research. 2001. Vol. 106, N 2. P. 2499-2515.

В лабораториях институтов

Биоактивные метаболиты из морских грибов-микромицетов

Из морских грибов-микромицетов родов Aspergillus и Penicillium, ассоциированных с морскими водорослями, а также из морских донных осадков выделен ряд биоактивных метаболитов и установлены структуры 30 соединений, 13 из которых оказались новыми. В частности, найдены высокоокисленные оксирапентины, проявляющие цитотоксическое действие в отношении опухолевых клеток рака грудной железы и рака кожи человека.

Smetanina O.F., Yurchenko A.N., Afiyatullov Sh.Sh., Kalinovsky A.I., Pushilin M.A., Khudyakova YV., Slinkina N.N., Ermakova S.P., Yurchenko E.A. Oxirapentyns B-D produced by a marine sediment-derived fungus Isaria felina (DC.) Fr. // Phytochem. Lett. 2011. Vol. 5. N 1. P. 165-169; Kalinovskaya N.I., Romanenko L.A., Irisawa T., Ermakova S.P., Kalinovsky A.I. Marine isolate Citricoccus sp. KMM 3890 as a source of a cyclic siderophore nocardamine with antitumor activity // Microbiol. Res. 2011. Vol. 166. P. 654-661.

С. 84-90.