Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 2. С. 135-147
Первичная продукция фитопланктона и концентрация хлорофилла-а в западной части Японского моря по спутниковым и натурным данным
П.В. Лобанова
1 , В.И. Звалинский
2 , П.Я. Тищенко
2 1 Санкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о Земле, Санкт-Петербург, Россия
2 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 13.04.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-2-135-147
Дистанционное зондирование океана позволяет анализировать пространственно-временную изменчивость концентрации хлорофилла-а (Chl) в подповерхностном слое и оценивать первичную продукцию фитопланктона (PP) на региональных и глобальных масштабах. Однако усовершенствование дистанционных алгоритмов требует систематической валидации спутниковых оценок с помощью натурных измерений. В данной работе проведено сравнение модельных спутниковых и натурных оценок PP и спутниковых и натурных оценок Chl в западной части Японского моря (35°–44° с.ш., 130°–137° в.д.) в весенний период 2004 г. и осенние периоды 2005 и 2011 годов. В качестве спутниковой PP использованы её оценки по модели VGPM из базы данных Ocean Productivity. Натурная PP восстанавливалась на основе in situ данных Chl, ассимиляционного числа, биогенных элементов и температуры поверхности океана по двум моделям: по VGPM и модели, разработанной в Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичёва (ТОИ ДВО РАН). Результаты сравнения обнаруживают среднюю связь между модельными спутниковыми и натурными оценками PP и спутниковыми и натурными оценками Chl: r = 0,56–0,63 для PP и r=0,58 для Chl. Средние для всех пунктов наблюдений оценки показывают, что различие между спутниковыми и натурными данными двух рассматриваемых параметров невелико. Хотя в отдельных случаях оно может достигать 1,5–1,7 раз. Спутниковый Chl в среднем выше in situ, в то время как модельные спутниковые оценки PP ниже натурных, восстановленных по модели ТОИ ДВО РАН, но выше натурных PP по VGPM. Различие спутниковых и натурных модельных оценок PP мы связываем с особенностью вертикального распределения Chl в эвфотическом слое и величиной ассимиляционного числа, используемого в моделях.
Ключевые слова: хлорофилл-а, первичная продукция, модели первичной продукции, Японское море, спутниковые данные цвета океана
Полный текстСписок литературы:
- Буренков В.И., Копелевич О.В., Шеберстов С.В., Ведерников В.И. Подспутниковые измерения цвета океана: верификация спутниковых данных сканера цвета SeaWiFS // Океанология. 2000. Т. 40. № 3. С. 357–362.
- Ведерников В.И. Ассимиляционное число и пределы его колебаний в культурах и природных популяциях планктонных водорослей // Океанический фитопланктон и первичная продукция. М.: Наука, 1982. С. 92–112.
- Захарков С.П. Отчет гидробиологического отряда // Научный отчет об экспедиции ТОИ ДВО РАН на НИС «Академик М.А. Лаврентьев», рейс № 33, Владивосток: ТОИ ДВО РАН, 2004.
- Звалинский В.И. Формирование первичной продукции в море // Известия ТИНРО. 2006. Т. 147. С. 276–302.
- Звалинский В.И., Лобанов В.Б., Захарков С.П., Тищенко П.Я. Хлорофилл, замедленная флуоресценция и первичная продукция в северо-западной части Японского моря осенью 2000 г. // Океанология. 2006. Т. 46. № 1. С. 27–37.
- Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Моделирование фотосинтеза и роста морского фитопланктона // Океанология. 2016. Т. 56. № 4. С. 1–15.
- Лобанова П.В., Башмачников И.Л., Броташ В. Анализ моделей первичной продукции на основе спутниковых данных в северо-восточной части Атлантического океана // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 114–126
- Старицын Д.К., Фукс В.Р., Колдунов А.В. Дивергенции течений и формирование зон повышенной биологической продуктивности в японском море на основе спутниковых данных // Вестник Санкт-Петербургского университета. Сер. 7. Геология. География. 2010. № 4. С. 58–73.
- Суслин В.В., Чурилова Т.Я., Джулай А.А., Мончева С., Слабакова В., Кривенко О.В., Ефимова Т.В., Салюк П.А. Региональный алгоритм восстановления концентрации Хлорофилла «а» и коэффициента поглощения света неживым органическим веществом на длине волны 490 нм в черном море для спектральных каналов цветовых сканеров MODIS и MERIS // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2014. № 28. С. 303–319.
- Шамбарова Ю.В., Стёпочкин И.Е., Захарков С.П. Исследование изменчивости первичной продукции в Японском море по спутниковым данным на основе ЭОФ-анализа // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015а. Т. 12. № 1. С. 80–92.
- Шамбарова Ю.В., Стёпочкин И.Е., Захарков С.П. Первичная продукция северо-западной части японского моря по спутниковым и «in-situ» данным // Pontus Euxinus 2015: тезисы IX Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (с международным участием) по проблемам водных экосистем, посвященной 100-летию со дня рождения В.Н. Грезе. 2015б. С. 196–197.
- Штрайхерт Е.А., Захарков С.П., Гордейчук Т.Н., Шамбарова Ю.В. Концентрация Хлорофилла-а и био-оптические характеристики в заливе Петра Великого (Японское море) во время зимне-весеннего цветения фитопланктона // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 148–162.
- Штрайхерт Е.А., Захарков С.П., Дьяков С.Е. Коррекция спутниковых оценок концентрации Хлорофилла-а для Японского моря // Исследование Земли из космоса. 2006. № 6. С. 72–82.
- Behrenfeld M.J., Falkowski P.G. Photosynthetic rates derived from satellite based chlorophyll concentration // Limnology and Oceanography. 1997. Vol. 42 (1). P. 1–20.
- Gordon H.R., McCluney W.R. Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing // Applied Optics. 1975. Vol. 14. P. 413–416.
- Joo H.T., Son S.H., Park J.-W., Kang J.J., Jeong J.-Y., Lee C.I., Kang C.K., Lee S.H. Long-Term Pattern of Primary Productivity in the East/Japan Sea Based on Ocean Color Data Derived from MODIS-Aqua // Remote Sensing. 2016. Vol. 8 (25). DOI: 10.3390/rs8010025.
- Kameda T., Ishizaka J. Size-fractionated primary production estimated by the two-phytoplankton community model applicable for ocean color remote sensing // Journal of Oceanography. 2005. Vol. 61. P. 663–672.
- Kwak J.H., Lee S.H., Park H.J., Choy E.J., Jeong H.D., Kim K.R., Kang C.K. Monthly measured primary and new productivities in the Ulleung Basin as a biological “hot spot” in the East/Japan Sea // Biogeosciences. 2013. Vol. 10. P. 4405–4417. DOI: 10.5194/bg-10-4405-2013.
- Marra J., Trees C.C., O’Reily J.E. Phytoplankton pigment absorption: a strong predictor of primary productivity in the surface ocean // Deep-Sea Research I. 2007. Vol. 54. P. 155–163.
- Milutinović S., Bertino L. Assessment and propagation of uncertainties in input terms through an ocean-color-based model of primary productivity // Remote Sensing of Environment. 2011. Vol. 115. P. 1906–1917.
- Nagata H. Seasonal changes and vertical distributions of chlorophyll-a and primary productivity at the Yamato Rise, central Japan Sea // Plankton Biology and Ecology. 1998. Vol. 45. P. 159–170.
- Petrenko D., Pozdnyakov D., Sychov V., Johannessen J., Counillon F. Satellite-derived multi-year trend in primary production in the arctic ocean // International Journal of Remote Sensing. 2013. Vol. 34 (11). P. 3903–3937.
- Platt T., Sathyendranath S. Modelling marine primary production. Halifax, Nova Scotia, 2002. 280 p.
- Smith R.C. Remote sensing and depth distribution of ocean chlorophyll // Marine ecology – Progress series. 1981. Vol. 5. P. 359–361.
- Yamada K., Ishizaka J., Nagata H. Spatial and temporal variability of satellite estimated primary production in the Japan Sea from 1998 to 2002 // Journal of Oceanography. 2005. Vol. 61. P. 857–869.