Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 284-293
Пространственно-временная динамика «цветения» фитопланктона в Куйбышевском водохранилище по данным спутникового зондирования
О.В. Никитин
1 , Н.Ю. Степанова
2 , Т.А. Кондратьева
3, 3 , Р.С. Кузьмин
1 , В.З. Латыпова
2 1 ООО "Экоаудит", Казань, Россия
2 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
3 Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Татарстан, Казань, Россия
Одобрена к печати: 21.10.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-284-293
Оценивается пространственно-временная динамика процессов «цветения» фитопланктона в поверхностных водах Куйбышевского водохранилища на основе анализа спутниковых данных Sentinel-2, включающих 1228 снимков за период с 2019 по 2023 г. Исследование проведено в подекадной динамике, охватывающей вегетационный период с мая по октябрь, что соответствует периоду активного развития фитопланктона. Для акватории восьми плёсов и Черемшанского залива, занимающих около 86 % водоёма, рассчитаны ежегодные средние месячные и сезонные значения нормализованного разностного индекса хлорофилла (англ. Normalized Difference Chlorophyll Index — NDCI), концентрации хлорофилла а (Chl a) и площади зон цветения. Цветение наблюдалось ежегодно и было наиболее интенсивным в июле – августе (NDCI = 0,107…0,108), что соответствует концентрации Chl a около 26–27 мг/м3 и указывает на эвтрофный статус водоёма. В этот период в среднем до 41–44 % акватории было занято зонами максимального цветения. В пространственном отношении максимальные значения NDCI наблюдались в южной части водохранилища, особенно в Черемшанском заливе (NDCI = 0,369) и Приплотинном плёсе (NDCI = 0,367). Корреляционный анализ выявил высокое сходство между соседними участками водоёма, а иерархический кластерный анализ позволил выделить три группы по интенсивности процессов цветения: 1) Приплотинный, Новодевиченский, Ульяновский плёсы и Черемшанский залив; 2) Ундорский, Тетюшинский, Волжский плёсы; 3) Волго-Камский, Камский плёсы. Динамика цветения в Ундорском и Тетюшинском плёсах наиболее соответствует общей динамике водохранилища (коэффициент парной корреляции r = 0,964 и r = 0,962), тогда как наименьшее соответствие обнаружено для Камского плёса (r = 0,809).
Ключевые слова: фитопланктон, цветение водорослей, Куйбышевское водохранилище, дистанционное зондирование Земли, нормализованный разностный индекс хлорофилла, NDCI, Sentinel-2, Google Earth Engine
Полный текстСписок литературы:
- Доброхотова Д. В., Капустин И. А., Мольков А. А., Лещёв Г. В. Исследование влияния режима работы ГЭС на перераспределение фитопланктона в верхнем водном слое в приплотинном участке Горьковского водохранилища // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 1. С. 242–252. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-1-242-252.
- Корнева Л. Г. Фитопланктон водохранилищ бассейна Волги. Кострома: Костромской печатный дом, 2015. 284 с.
- Курбатова И. Е., Верещака Т. В., Иванова А. А. Спутниковый мониторинг экологического состояния особо охраняемых территорий Северного Каспия на примере биосферного резервата ЮНЕСКО «Кизлярский залив» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 249–264. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-249-264.
- Gorelick N., Hancher M., Dixon M. et al. Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone // Remote Sensing of Environment. 2017. V. 202. P. 18–27. DOI: 10.1016/j.rse.2017.06.031.
- Lopez Barreto B. N., Hestir E. L., Lee C. M., Beutel M. W. Satellite remote sensing: A tool to support harmful algal bloom monitoring and recreational health advisories in a California Reservoir // GeoHealth. 2024. V. 8. Iss. 2. Article e2023GH000941. DOI: 10.1029/2023gh000941.
- Mineeva N. M., Tsvetkov A. I. Characteristics of the vertical distribution of chlorophyll in reservoirs of the Middle and Lower Volga // Russian J. Ecology. 2023. V. 54. No. 2. P. 97–105. DOI: 10.1134/s1067413623020091.
- Mishra S., Mishra D. R. Normalized difference chlorophyll index: A novel model for remote estimation of chlorophyll-a concentration in turbid productive waters // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 117. P. 394–406. DOI: 10.1016/j.rse.2011.10.016.
- Nikitin O. V., Stepanova N. Yu., Latypova V. Z. Human health risk assessment related to blue-green algae mass development in the Kuibyshev Reservoir // Water Science and Technology: Water Supply. 2015. V. 15. P. 693–700. DOI: 10.2166/ws.2015.022.
- Rakhuba A. V. Spatial heterogeneity of hydrochemical and trophic characteristics of the Kuibyshev reservoir in summer // IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. 2021. V. 818. Article 012036. DOI: 10.1088/1755-1315/818/1/012036.
- Selezneva K. V., Selezneva A. V., Seleznev V. A. Parameters of the temperature optimum for cyanobacteria in the Kuibyshev reservoir // E3S Web of Conf. 2024. V. 480. Article 02022. DOI: 10.1051/e3sconf/202448002022.
- Sha J., Xiong H., Li C. et al. Harmful algal blooms and their eco-environmental indication // Chemosphere. 2021. V. 274. Article 129912. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.129912.
- Xu H. Modification of normalised difference water index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery // Intern. J. Remote Sensing. 2006. V. 27. Iss. 14. P. 3025–3033. DOI: 10.1080/01431160600589179.
- Zhi X., Chen L., Chen S. et al. Heterogeneity and influencing factors of algal blooms in the reservoir-impacted tributary: Evidence from remote sensing and physical-based model // J. Hydrology. 2024. V. 634. Article 131058. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2024.131058.