Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 2. С. 244-255
Межгодовая изменчивость биооптических характеристик Баренцева и Карского морей
Д.И. Глуховец
1, 2 , И.В. Салинг
1 , С.В. Вазюля
1 , С.В. Шеберстов
1 1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
2 Московский физико-технический институт (НИУ), Долгопрудный, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 07.03.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-2-244-255
Работа посвящена расчёту трендов временной изменчивости биооптических характеристик в субрегионах Баренцева (концентрации хлорофилла а и кокколитофорид за период 1998–2024 гг.) и Карского (концентрации хлорофилла а за период 2003–2024 гг.) морей по данным спутниковых сканеров цвета MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) и SeaWiFS (англ. Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor), обработанных с использованием региональных биооптических алгоритмов. Для расширения временного ряда биооптических характеристик выполнено объединение данных спутниковых сканеров цвета. Для оценки климатических изменений также проанализированы временные ряды температуры поверхности моря. При расчёте трендов использовались методы гармонического анализа, сингулярного спектрального анализа, а также квантильная регрессия. Значимые тренды зафиксированы лишь для температуры поверхности моря. В среднем субрегионе Баренцева моря периодограмма концентрации хлорофилла а имеет два выраженных максимума, соответствующих периодам 1 год и 0,5 года. Получены значимые тренды в квантилях, включающих 10 % наибольших и наименьших значений ряда концентрации хлорофилла а в юго-западном субрегионе Карского моря. Они составили 0,86•10-2 и –0,38•10-2 мг/м3 в год соответственно при доверительной вероятности 75 %. Применение метода сингулярного спектрального анализа позволило зарегистрировать колебания концентрации хлорофилла а в среднем субрегионе Баренцева моря с периодом 6–7 лет.
Ключевые слова: спутниковые данные, концентрация хлорофилла а, кокколитофоридные цветения, межгодовые тренды, метод «Гусеница», квантильная регрессия
Полный текстСписок литературы:
- Вазюля С. В., Копелевич О. В., Шеберстов С. В., Артемьев В. А. Оценка по спутниковым данным показателей поглощения окрашенного органического вещества и диффузного ослабления солнечного излучения в водах Белого и Карского морей // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 31–41.
- Глуховец Д. И., Шеберстов С. В. Влияние фитопланктона на альбедо океана // Фундам. и приклад. гидрофизика. 2024. Т. 17. № 3. С. 73–83. DOI: 10.59887/2073-6673.2024.17(3)-6.
- Голицын Г. С., Васильев А. А. Изменение климата и его влияние на частоту экстремальных гидрометеорологических явлений // Метеорология и гидрология. 2019. № 11. С. 9–12.
- Голяндина Н. Э. Метод «Гусеница»-SSA: анализ временных рядов: учеб. пособие. СПб., 2004. 76 с.
- Каралли П. Г., Вазюля С. В. Модификация регионального спутникового алгоритма определения концентрации хлорофилла-а в Баренцевом море // Тр. 11-й Всероссийской конф. с международ. участием «Современные проблемы оптики естественных вод (ONW’2021)». СПб.: ООО «Химиздат», 2021. С. 234–239.
- Копелевич О. В., Каралли П. Г., Лохов А. С. и др. Перспективы улучшения точности оценки параметров кокколитофоридных цветений в Баренцевом море по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 7. С. 267–279. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-7-267-279.
- Копелевич О. В., Салинг И. В., Вазюля С. В., Глуховец Д. И., Шеберстов С. В., Буренков В. И., Каралли П. Г., Юшманова А. В. Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины России, по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2017 гг. М.: ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2018. 140 с.
- Шеберстов С. В. Система пакетной обработки океанологических спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 154–161.
- Шеберстов С. В., Копелевич О. В., Лукьянова Е. А. Анализ межгодовых трендов температуры поверхности океана и концентрации хлорофилла в Атлантическом океане по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. С. 274–282.
- Beaulieu C., Henson S. A., Sarmiento J. L. et al. Factors challenging our ability to detect long-term trends in ocean chlorophyll // Biogeosciences. 2013. V. 10. Iss. 4. P. 2711–2724. DOI: 10.5194/bg-10-2711-2013.
- Cael B. B., Bisson K., Boss E. et al. Global climate-change trends detected in indicators of ocean ecology // Nature. 2023. V. 619. Iss. 7970. P. 551–554. DOI: 10.1038/s41586-023-06321-z.
- Demidov A. B., Gagarin V. I., Sheberstov S. V. Impact of regional warming on primary production of the Kara Sea in the last two decades (2002–2021) // Oceanology. 2023. V. 63. No. 2. P. 195–211. DOI: 10.1134/S0001437023020029.
- Dvoretsky V. G., Vodopianova V. V., Bulavina A. S. Effects of climate change on chlorophyll a in the Barents Sea: A long-term assessment // Biology. 2023. V. 12. No. 1. Article 119. DOI: 10.3390/biology12010119.
- Elsner J. B., Tsonis A. A. Singular spectrum analysis: A new tool in time series analysis. N. Y.; L.: Plenum Press, 1996. 164 p.
- Glukhovets D., Kopelevich O., Yushmanova A. et al. Evaluation of the CDOM absorption coefficient in the Arctic seas based on Sentinel-3 OLCI data // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 19. Article 3210. DOI: 10.3390/rs12193210.
- Glukhovets D., Sheberstov S., Vazyulya S. et al. Influence of the accuracy of chlorophyll-retrieval algorithms on the estimation of solar radiation absorbed in the Barents Sea // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 19. Article 4995. DOI: 10.3390/rs14194995.
- Kulk G., Platt T., Dingle J. et al. Primary production, an index of climate change in the ocean: Satellite-based estimates over two decades // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 5. Article 826. DOI: 10.3390/rs12050826.
- Serra‐Pompei C., Dutkiewicz S. Phytoplankton Chlorophyll trends in the Arctic at the local, regional, and pan-Arctic scales (1998–2022) // Geophysical Research Letters. 2024. V. 51. No. 23. Article e2024GL110454. DOI: 10.1029/2024GL110454.
- Siegel D. A., DeVries T., Cetinić I., Bisson K. M. Quantifying the ocean’s biological pump and its carbon cycle impacts on global scales // Annu. Review of Marine Science. 2023. V. 15. P. 329–356. DOI: 10.1146/annurev-marine-040722-115226.
- Vazyulya S. V., Sahling I. V., Glukhovets D. I., Demidov A. B. Regional algorithms for chlorophyll concentration estimation in the Kara Sea from MODIS ocean color data // Atmospheric and Oceanic Optics. 2024. V. 37. P. S135–S143. DOI: 10.1134/S1024856024701641.
- Zhai D., Beaulieu C., Kudela R. M. Long‐term trends in the distribution of ocean chlorophyll // Geophysical Research Letters. 2024. V. 51. No. 7. Article e2023GL106577. DOI: 10.1029/2023GL106577.