ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 114-126

Анализ моделей первичной продукции на основе спутниковых данных в северо-восточной части Атлантического океана

П.В. Лобанова1 , И.Л. Башмачников2,1  , В. Броташ3 
1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
2 Центр океанографии, Лиссабонский университет, Лиссабон, Португалия
При всём многообразии моделей, применяемых для расчёта первичной продукции на основе спутниковых данных, остаётся проблема выбора той или иной модели, наиболее корректно описывающей особенности процессов первичного продуцирования исследуемого региона. Учет региональных особенностей может существенно увеличить степень соответствия модели натурным наблюдениям. В данной работе первичная продукция в северо-восточной части Атлантического океана – СВАО (20°–51° с.ш., 10°– 40° з.д.) - рассчитана в период с 1998 по 2005 гг. с использованием региональных фотосинтетических параметров по трём известным моделям: на основе спутниковых данных о концентрации хлорофилла-а (модели VGPM и BIOM) и на основе спутниковых данных о коэффициенте поглощения света фитопланктоном (модель Aph-PP). Проведено сравнение абсолютных значений модельных данных между собой и натурными измерениями в СВАО.
В основу расчётов взяты новые восьмидневные массивы спутниковых данных третьего уровня по цвету океана, предоставленные проектом CCI Ocean Color (http://www.esa-oceancolour-cci.org). Фотосинтетические параметры подобраны регионально из литературы с учетом фотосинтетических условий и видового состава фитопланктона СВАО.
Сравнение пространственного распределения модельных данных между собой показало схожесть пространственных структур несмотря на различия в абсолютных значениях. Из трёх выбранных моделей, модель BIOM наиболее точно описывает характер изменчивости первичной продукции в СВАО в пространстве и по сезонам, несколько занижая значения первичной продукции.
Использование в данной работе региональных параметров, отражающих особенности фотосинтеза экосистемы СВАО, способствовало приближению модельных результатов к действительным процессам фотосинтеза в исследуемом регионе.
Ключевые слова: модели первичной продукции, северо-восточная часть Атлантического океана, спутниковые данные, хлорофилл-а, коэффициент абсорбции света фитопланктоном
Полный текст

Список литературы:

  1. Демидов А.Б., Мошаров С.А. Современные методы определения и оценки первичной продукции в морях и океанах // http://www.ocean.ru/index2.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=623&Itemid=78. 2013.
  2. Финенко З.З., Суслин В.В., Чурилова Т.Я. Региональная модель для расчёта первичной продукции Чёрного моря с использованием данных спутникового сканера цвета Sea WiFS // Морской экологический журнал. 2009. № 1. Т. VIII. С. 81–106.
  3. Babin M., Morel A., Hervé C., Bricaud A., Kolber Z., and Falkowski P.G. Nitrogen- and irradiancedependent variations of the maximum quantum yield of carbon fixation in eutrophic, mesotrophic and oligotrophic marine systems // Deep Sea Research I. 1996. Vol. 43 (8). pp. 1241–1272.
  4. Behrenfeld M. J., and Falkowski P. G. Photosynthetic rates derived from satellite based chlorophyll concentration // Limnology and Oceanography. 1997. Vol. 42(1). pp. 1–20.
  5. Behrenfeld M. J., Boss E., Siegel D., Shea D.M. Carbon-based ocean production and phytoplankton physiology from space // Global Biogeochemical Cycles. 2005. Vol. 19. GB1006.
  6. Dogliotti A.I., Lutz V.A., Segura V. Estimation of primary production in the southern Argentine continental shelf and shelf-break regions using field and remote sensing data // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 140. pp. 497–508.
  7. Figueiras F.G., Espinoza-González O., Arbones B., Garrido J.L., Teixeira I.G., Castro C.G. Estimating phytoplankton size-fractionated primary production in the northwestern Iberian upwelling: Is mixotrophy relevant in pigmented nanoplankton? // Progress in Oceanography. 2014. in press (http://dx.doi.org/10.1016/j.pocean.2014.08.011) .
  8. Gordon H. R., McCluney W. R. Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing // Applied Optics. 1975. Vol. 14. pp. 413–416.
  9. Johnson Z. Regulation of marine photosynthetic efficiency by photosystem II. PhD dissertation: botany. 2000. p.189.
  10. Kahru M., Jacox M.G., Lee Z., Kudela R.M., Manzano-Sarabia M., Mitchell B.G. Optimized multi-satellite merger of primary production estimates in the California Current using inherent optical properties // Journal of Marine Systems. 2014 (accepted manuscript).
  11. Kiefer D. A. and Mitchell B. G. A simple, steady state description of phytoplankton growth based on absorption cross section and quantum efficiency // Limnology and Oceanography. 1983. Vol. 28. pp. 770–776.
  12. Kyewalyanga M.N., Platt T., Sathyendranath S. Ocean primary production calculated by spectral and broad-band models // Marine ecology progress series. 1992. Vol. 85, pp.171–185.
  13. Kyewalyanga M.N., Platt T., Sathyendranath S., Lutz V.A. and Stuart V. Seasonal variations in physiological parameters of phytoplankton across the North Atlantic // Journal of Plankton Research. 1998. Vol. 20 (l). pp. 17–42.
  14. Lee Z. P., Carder K. L., Marra J., Steward R. G., and Perry M. J. Estimating primary production at depth from remote sensing // Applied Optics. 1996. Vol. 35. pp. 463–474.
  15. Longhurst A. Seasonal cycles of pelagic production and consumption // Progress in Oceanography. 1995. Vol. 36. pp. 77–167.
  16. Marra J., Trees C. C., O'Reilly J. E. Phytoplankton pigment absorption: A strong predictor of primary production in the surface ocean // Deep Sea Research I. 2007. Vol. 54(2). pp. 155–163.
  17. Mélin F., Hoepffner N. Monitoring phytoplankton production from satellite: an aid to marine resources management // Handbook of satellite remote sensing image interpretation: marine applications. 2011. pp. 79–93.
  18. Morel A. Light and marine photosynthesis: a spectral model with geochemical and climatological implications // Progress in Oceanography. 1991. Vol. 26. pp. 263–306.
  19. Morel A., Antoine D., Babin M., Dandonneau Y. Measured and modeled primary production in the northeast Atlantic (EUMELI JGOFS program): the impact of natural variations in photosynthetic parameters on model predictive skill // Deep Sea Research I. 1996. Vol. 43(8). pp. 1273–1304.
  20. Morel A., Berthon J. F. Surface pigments, algal biomass profiles, and potential production of the euphotic layer: Relationships reinvestigated in view of remote-sensing applications // Limnology and Oceanography. 1989. Vol. 34. pp.1545–1562.
  21. Nascimento S, Franco P, Sousa F., Dias J., Neves F. Automated computational delimitation of SST upwelling areas using fuzzy clustering // Computers & Geosciences. 2012. Vol. 43. pp. 207–2016.
  22. Pelegrí J.L., Arístegui J., Cana L., González-Dávila M., Hernández-Guerra A., Hernández-León S., Marrero-Díaz A., Montero M.F., Sangrá P., Santana-Casiano M. Coupling between the open ocean and the coastal upwelling region off northwest Africa: water recirculation and offshore pumping of organic matter // Journal of Marine Systems. 2005. Vol. 54. pp. 3–37.
  23. Picart S.S., Sathyendranath S., Dowell M., Moore T., Platt T. Remote sensing of assimilation number for marine phytoplankton // Remote Sensing of Environment. 2013. Vol. 146. pp. 87–96.
  24. Platt T., Sathyendranath S. Oceanic primary production: Estimation by remote sensing at local and regional scales // Science. 1988. Vol. 241. pp. 1613–1620.
  25. Platt T., Gallegos C. L., Harrison W. G. Photoinhibition of photosynthesis in natural assemblages of marine phytoplankton // Journal of marine research. 1980. Vol. 38. pp. 687–701.
  26. Smyth T. J., Tilstone G. H., Groom S. B. Integration of radiative transfer into satellite models of ocean primary production // Journal of geophysical research. 2005. Vol. 110. C10014.
  27. Suggett D., Kraay G., Holligan P., Davey M., Jim Aiken J., Geider R. Assessment of photosynthesis in a spring cyanobacterial bloom by use of a fast repetition rate fluorometer // Limnology and Oceanography. 2001. Vol. 46 (4). pp. 802–810.
  28. Teira E., Mourin B., Maran E., Pérez V., María J. Pazó, Pablo Serret, Demetrio de Armas, José Escánez, E. Malcolm S. Woodward, Emilio Fernández. Variability of chlorophyll and primary production in the Eastern North Atlantic Subtropical Gyre: potential factors affecting phytoplankton activity // Deep-Sea Research I. 2005. Vol. 52. pp. 569–588.
  29. Tilstone G., Miller P., Brewin R., Priede I. Enhancement of primary production in the North Atlantic outside of the spring bloom, identified by remote sensing of ocean color and temperature // Remote Sensing of Environment. 2013. Vol. 146. pp.77–86.
  30. Tilstone G., Smyth T., Poulton A., Hutson R. Measured and remotely sensed estimates of primary production in the Atlantic Ocean from 1998 to 2005 // Deep-Sea Research II. 2009. Vol. 56. pp. 918–930.