Севастополь, Россия
УДК 551.588.9 Прочие влияния
ГРНТИ 37.21 Метеорология
ОКСО 05.02.03 Метеорология
ББК 260 Земля в целом
ТБК 6326 Физика атмосферы
BISAC SCI042000 Earth Sciences / Meteorology & Climatology
В работе рассмотрена многолетняя изменчивость величины коэффициента яркости моря на длине волны 412 нм RRS(412) в нескольких фиксированных субтропических районах Мирового океана. Для отдельного района площадь, занимаемая водами с высоким значением RRS(412), максимальна для местного лета и минимальна для местной зимы. Такое поведение морской экосистемы получило название «фиолетовое дыхание океана». Значимость этого явления состоит в том, что его аномалии на разных временных масштабах отражают реакцию океана на глобальные изменения в экосистеме Земли, происходящие в как в отдельных районах планеты, так и в целом.
дистанционное зондирование, видимый диапазон, фиолетовое дыхание океана, индикатор межгодовой изменчивости, глобальная экосистема Земли.
Введение. Эта работа ‒ продолжение серии работ автора, начиная с 1992 года [1-3]. В этих работах впервые было описано явление, получившее название «фиолетовое дыхание океана». Суть явления состоит в высокой чувствительности коэффициента яркости моря на длине волны 412 нм (RRS(412)) к небольшим изменениям концентрации фитопланктона в верхнем слое в субтропических районах Мирового океана. В зависимости от сезона площадь, занимаемая водами с высоким значением RRS(412), заметно меняется. Она максимальна для местного лета и минимальна для местной зимы. Изменения таких площадей в настоящее время легко контролируются с помощью современных спутниковых систем, осуществляющих мониторинг Мирового океана в видимом диапазоне спектра (см. пример на рис. 1). Аналогами такого индикатора изменчивости состояния экосистемы Земли являются изменчивость площадей ледников, пустынь, вечной мерзлоты и др. В некотором смысле самые низкопродуктивные воды, расположенные в субтропических районах Мирового океана, это своего рода «пустыни» Мирового океана. Анализ изменчивости площадей низкопродуктивных вод Мирового океана можно вести двояко. С одной стороны, можно зафиксировать величину RxRS(412) и рассчитывать площадь, занимаемую в океане водами с RRS(412) > RxRS(412) как функцию времени. С другой стороны, можно зафиксировать площадь в субтропическом районе и рассчитывать для нее среднее значение <RRS(412)> как функцию времени.
В этой работе выбран второй путь. Таким образом, цель работы заключалась в том, чтобы, имея многолетний набор данных о RRS(412) более чем за 25-летний период, оценить динамику аномалий его средних значений в субтропических районах Мирового океана.
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 ‒ Оптические типы вод, полученные по данным биоспектрометра трассерного типа, установленного на спутнике «Интеркосмос-21» [4] для лета 1981 г. (а) и зимы 1981-1982 гг. (б) в Северном полушарии http://188.191.18.54/interkos.html; объединённые карты хлорофилла а с сайта НАСА, полученные для июня 2023 г. (в) и декабря 2023 г. (г) по данным MODIS & VIIRS https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/cgi/browse.pl |
|
*(а)
(в)
*(б)
(г)*к сожалению качество рисунка низкое, т. к. получено путём сканирования со слайда, сделанного ещё в 1985 году.
Методы и материалы. В качестве инструмента исследования использован программный продукт НАСА ‒ Giovanni Data Visualizer (The Bridge Between Data and Science v 4.40), который, по существу, является инструментом взаимодействия между исследователем и большим набором данных разных объектов окружающей среды.
В конкретном случае речь идёт о формировании временного ряда осредненного для заданной площади среднемесячных значений параметра RRS(412) 4-х км разрешения по пространству, которые являются продуктом обработки измерений сканера MODIS-Aqua, полученных за период с июля 2022 г. по декабрь 2024 г.
С использованием среднемесячных данных выполнен расчёт аномалий 
для заданного района в субтропической области океана как функции времени (года)
= 
-
,
где ‒ текущее среднемесячное значение 
для данного района, m ‒ месяц, i ‒ порядковый номер месяца от июля 2002 г. до декабря 2024 года. Кроме того, были получены коэффициенты линейной регрессии α и β для 
, где y ‒ , x ‒ год.
Исследование проведено для всех пяти субтропических районов Мирового океана: по одному в северной и южной частях Тихого и Атлантического океанах и один в Индийском океане (см. табл. 1 и рис. 2‒6, левый).
Результаты и их обсуждение. Результаты анализа представлены в табл. 1 и на рис. 2‒6, правый. В табл. 1 приведены коэффициенты линейного тренда аномалий . На рис. 2‒6, правый показана их конкретная реализация.
Таблица 1. Коэффициенты линейной связи,
описывающие тренд во времени средней по району величины
|
Номер района |
Район в субтропической области |
α |
β |
Номер рисунок |
|
1 |
Тихий океан: северная часть |
1.959E-05 |
-0.0394 |
2 |
|
2 |
Тихий океан: южная часть часть |
-6.515E-05 |
0.1312 |
3 |
|
3 |
Атлантический океан: южная часть часть |
-5.2340E-05
|
0.1054 |
4 |
|
4 |
Индийский океан |
-1.740E-05 |
0.0350 |
5 |
|
5 |
Атлантический океан: северная часть часть |
-6.182E-06 |
0.0124 |
6 |
Ниже приведены предварительные результаты для всех пяти районов.
Район 1 ‒ северная часть Тихого океана. Наблюдается слабый положительный тренд (т. е. эта часть океана становится «беднее» ‒ в среднем продуктивность уменьшается, концентрация хлорофилла а в верхнем слое становиться меньше); прослеживается цикличность изменения с периодом ~ 2.5‒3 года.
Район 2 ‒ южная часть Тихого океана: отрицательный тренд (продуктивность увеличивается); заметная флуктуация в период с 2020 по 2025 гг.; удалось зафиксировать один период 11-летнего цикла.
Район 3 ‒ южная часть Атлантического океана: колебания относительно прямой носят хаотичный характер (хотя есть некоторые выбросы, которые нельзя отнести к «шуму»); зафиксирован отрицательный тренд, что указывает на увеличение продуктивности в данном районе.
Район 4 ‒ Индийский океан: слабый отрицательный тренд (временами со статистически значимыми выбросами); прослеживаются циклы с периодом 5‒7 лет.
Район 5 ‒ северная часть Атлантического океана: слабый отрицательный тренд (временами со статистически значимыми выбросами); зафиксировано высокое значение , которое по времени совпадает с аварией в Мексиканском заливе (взрыв нефтяной платформы Deepwater Horizon: 20 апреля 2010 года) и привело к существенному росту продуктивности, а затем по времени пример восстановления морской экосистемы (она даже проскочила положение равновесия!) с сохранением слабого отрицательного тренда.
|
|
|
|
Рисунок 2 ‒ Положение выбранного района в субтропической области северной части Тихого океана (слева) и аномалия |
|
|
|
|
|
Рисунок 3 ‒ Положение выбранного района в субтропической области южной части Тихого океана (слева) и аномалия |
|
|
|
|
|
Рисунок 4 ‒ Положение выбранного района в субтропической области южной части Атлантического океана (слева) и аномалия |
|
|
|
|
|
Рисунок 5 ‒ Положение выбранного района в субтропической области южной части Индийского океана (слева) и аномалия |
|
|
|
|
|
Рисунок 6 ‒ Положение выбранного района в субтропической области северной части Атлантического океана (слева) и аномалия |
|
Выводы. Коэффициент яркости моря является эффективным индикатором, который отражает реакцию морской экосистемы на глобальном (изменение климата планеты) и региональном уровне (катастрофы). В четырёх из пяти субтропических районах наблюдается тренд на повышение продуктивности разной интенсивности ‒ наибольший в южной части Тихого океана. Положительный тренд, т. е. понижение продуктивности ‒ в северной части Тихого океана.
Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ № FNNN-2024-0012.
1. Суслин В.В. Учет атмосферных факторов при восстановлении спектрального коэффициента яркости открытого океана по дистанционным измерениям из космоса // Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук / Севастополь, 1992.
2. Suslin V.V. The violet breath of the World Ocean // Present at the Seventh International Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Miami, Florida/USA, 2002. May 2002.
3. Суетин В.С., Суслин В.В. Иллюстрация изменчивости коэффициента спектральной яркости открытого океана по данным измерений с ИСЗ «ИНТЕРКОСМОС-21» // Исследование Земли из космоса. 1992. № 3. С. 3-9.
4. Bischoff K., Orlicek E., Schmelovsky K.H., Zimmermann G. First results of the Interkosmos satellite IK21 // Acta Astronaut. 1983. V. 10. № 1. Р. 3135.
