Влияние адвекции и турбулентной диффузии на формирование Зон повышенной биологической продуктивности в Азорском районе

влияние адвекции и турбулентной диффузии на формирование Зон повышенной биологической продуктивности в Азорском районе

1, 1, 2

1 Санкт-Петербургский государственный университет, e-mail: [e-mail], [e-mail]

2 IMAR-DOP/University of the Azores, e-mail: *****@***pt

В работе проводится оценка сравнительного влияния физических и биологических процессов на формирование зон высокой продуктивности фитопланктона в районе Азорских островов и прилегающей акватории Атлантического океана (33-42° с. ш. и 23-31° з. д.). Исследование основано на методе динамико-стохастического анализа (Фукс, 2007), где уравнение переноса, диффузии и биотической трансформации моделируемого параметра интерпретируется как уравнение множественной регрессии. Скорость изменения первичной продукции рассматривается как предиктант, а отдельные слагаемые уравнения переноса, диффузии и биотической трансформации как предикторы. В качестве биотической части уравнения было выбрано логистическое уравнение Ферхюльста.

Коэффициенты уравнения регрессии оцениваются путем множественного регрессионного анализа и они интерпретируются как: составляющие скоростей течения, коэффициент горизонтальной турбулентной диффузии, зональные и меридиональные градиенты коэффициента горизонтальной турбулентной диффузии, коэффициент роста биомассы и коэффициент внутривидовой конкуренции. Адекватность принятой модели оценивается по значению коэффициента множественной корреляции.

Используются данные о первичной продукции, полученных по модели Vertically Generalized Production Model (Behrenfeld and Falkowski, 1997), на основе спутниковых измерений PAR c SeaWiFS, температуры поверхности океана и хлорофилла с Aqua-MODIS. Коэффициенты регрессии оценивались для каждой узловой точки сеточной области с пространственным шагом 20 км. Дискретность по времени для всего массива данных составляла 8 суток.

В ходе работы было апробировано четыре различных варианта уравнения регрессии:

·  без альтиметрической оценки адвекции;

·  без альтиметрической оценки адвекции с ограничением по времени для периода цветения;

·  с оценкой адвекции первичной продукции пульсационными течениями;

·  с оценкой адвекции первичной продукции осреднёнными течениями.

При оценке адвекции использовались значения геострофических скоростей, рассчитанные по объединённым альтиметрическим данным спутников Topex/Poseidon, Jason-1, ERS, Envisat.

Результаты динамико-стохастического анализа, в целом, показали адекватность полученных уравнений множественной регрессии. Коэффициенты множественной корреляции во всех четырёх вариантах имеют значения, превышающие 0.5 на большей части выбранной акватории. В отдельных районах коэффициент множественной корреляции достигает 0.8, причём точки с наибольшими значениями локализуются на северо-западе акватории, в зоне южной ветви Северо-Атлантического течения и Срединно-Атлантического хребта. При этом биотический фронт, наблюдаемый на картах распределения первичной продукции и расположенный в летний период в районе 35-37° з. д., слабо проявляется в поле значений коэффициента множественной корреляции. Следует также отметить, что полученные значения коэффициентов уравнения регрессии не противоречат известным их оценкам по данным натурных измерений, что также свидетельствует в пользу адекватности результирующих уравнений.

Результаты расчета только для периода весеннего цветения дают большие значения коэффициента множественной корреляции, чем для всего годового цикла. Сравнительный вклад биотических и абиотических факторов в пространственно-временную изменчивость первичной продукции крайне не равномерен по акватории и не имеет выраженной локализации. Все четыре варианта расчёта показали, что наибольший вклад во временную изменчивость первичной продукции вносят биотические факторы, а среди динамических факторов наиболее значима горизонтальная турбулентность.

Результаты работы показали, что использованный подход позволяет производить численные эксперименты для выяснения основных факторов, определяющих изменчивость первичной продукции. В отдельных районах акватории, где велики коэффициенты множественной регрессии, полученное уравнение может быть реализовано для диагностических и прогностических целей.

Работа выполнена в рамках проекта LAMAR (LAMAR-DRCT/FRCT - M2.1.2/F/008/2007).

Литература:

1.Фукс динамического и термодинамического фронта на поверхности моря на основе спутниковых съёмок. Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2007, вып.1

2.Behrenfeld, MJ, PG Falkowski, Photosynthetic rates derived from satellite-based chlorophyll concentration, Limnology and Oceanography, 1997 a, Volume 42: 1-20