Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 6. С. 285-297
Пространственно-временная изменчивость продукционных характеристик фитопланктона в Японском море по спутниковым данным (с 2002 по 2023 г.)
Ю.В. Шамбарова
1 , И.Е. Степочкин
1 , С.П. Захарков
1 1 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 09.10.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-6-285-297
Исследована долговременная изменчивость продукционных характеристик фитопланктона в Японском море за период 2002–2023 гг. на основе спутниковых данных MODIS/Aqua (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Проанализировано пространственно-временное распределение концентрации хлорофилла a, первичной продукции фитопланктона, их связь с температурой поверхности океана и глубиной эвфотической зоны. Выявлены значимые линейные тренды в изменении первичной продукции фитопланктона, концентрации хлорофилла a, температуры поверхности океана и глубины эвфотической зоны, связанные с климатическими изменениями. Они охарактеризовали увеличение исследуемых параметров, кроме глубины эвфотической зоны. Тенденция уменьшения глубины эвфотической зоны может привести к ухудшению условий обитания фитопланктонных сообществ. Оценено влияние Тихоокеанского декадного колебания на изменчивость концентрации хлорофилла a и первичной продукции фитопланктона. Влияние Тихоокеанского декадного колебания на эти параметры в Японском море связано с изменениями температуры поверхности океана и процессом стратификации вод. Полученные результаты важны для понимания реакции морских экосистем на климатические изменения и могут быть использованы для прогнозирования биопродуктивности Японского моря.
Ключевые слова: первичная продукция фитопланктона, хлорофилл a, глубина эвфотической зоны, температура поверхности океана, Тихоокеанское декадное колебание, Японское море, MODIS/Aqua
Полный текстСписок литературы:
- Ермолаев Д. А. Влияние Тихоокеанской декадной осцилляции на динамический режим стратосферы: вып. квалификац. работа. СПб.: Российский гос. гидрометеорол. ун-т, 2022. 62 с.
- Захарков С. П., Владимиров А. С., Штрайхерт Е. А. и др. Продукционные характеристики бактерий и фитопланктона в весенне-летний период в Охотском и Беринговом морях // Микробиология. 2017. Т. 86. № 3. С. 364–372. DOI: 10.7868/S002636561703020X.
- 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.
- Кильматов Т. Р., Тринько О. И., Дмитриева Е. В. Климатический тренд в Тихом океане и теория катастроф // Изв. ТИНРО. 2012. Т. 170. С. 184–191.
- Ростов И. Д., Дмитриева Е. В., Рудых Н. И. Межгодовая изменчивость термических характеристик верхнего 1000-метрового слоя внетропической зоны северо-западной части Тихого океана на рубеже XX–XXI веков // Морской гидрофиз. журн. 2023. Т. 39. № 2(230). С. 157–176. DOI: 10.29039/0233-7584-2023-2-157-176.
- Хен Г. В., Устинова Е. И., Сорокин Ю. Д. Основные климатические индексы для северной части Тихого океана: природа и история (литературный обзор) // Изв. ТИНРО. 2019. Т. 197. С. 166–181. DOI: 10.26428/1606-9919-2019-197-166-181.
- Шамбарова Ю. В., Степочкин И. Е., Захарков С. П. Верификация VGPM и K&I моделей первичной продукции в северо-западной части Японского моря по судовым и спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 2. С. 186–195. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-2-186-195.
- Babin S. M., Carton J. A., Dickey T. D., Wiggert J. D. Satellite evidence of hurricane-induced phytoplankton blooms in an oceanic desert // J. Geophysical Research: Oceans. 2004. V. 109. No. C3. Article C03043. DOI: 10.1029/2003JC001938.
- Behrenfeld M. J. Abandoning Sverdrup’s Critical Depth Hypothesis on phytoplankton blooms // Ecology. 2010. V. 91. No. 4. P. 977–989. DOI: 10.1890/09-1207.1.
- Behrenfeld M. J., Falkowski P. G. Photosynthetic rates derived from satellite-based chlorophyll concentration // Limnology and Oceanography. 1997. V. 42. No. 1. P. 1–20. DOI: 10.4319/lo.1997.42.1.0001.
- Behrenfeld M. J., O’Malley R. T., Siegel D. A. et al. Climate-driven trends in contemporary ocean productivity // Nature. 2006. V. 444. No. 7120. P. 752–755. DOI: 10.1038/nature05317.
- Boyce D. G., Lewis M. R., Worm B. Global phytoplankton decline over the past century // Nature. 2010. V. 466. No. 7306. P. 591–596. DOI: 10.1038/nature09268.
- Chiba S., Aita M. N., Tadokoro K. et al. From climate regime shifts to lower-trophic level phenology: synthesis of recent progress in retrospective studies of the western North Pacific // Progress in Oceanography. 2008. V. 77. No. 2–3. P. 112–126. DOI: 10.1016/j.pocean.2008.03.004.
- Chiba S., Batten S., Sasaoka K. et al. Influence of the Pacific Decadal Oscillation on phytoplankton phenology and community structure in the western North Pacific // Geophysical Research Letters. 2012. V. 39. No. 15. Article L15603. DOI: 10.1029/2012GL052912.
- Golyandina N., Zhigljavsky A. Singular spectrum analysis for time series. Ser. Springer Briefs in Statistics. Berlin; Heidelberg: Springer, 2013. 126 p. DOI: 10.1007/978-3-642-34913-3.
- Hoegh-Guldberg O., Bruno J. F. The impact of climate change on the world’s marine ecosystems // Science. 2010. V. 328. No. 5985. P. 1523–1528. DOI: 10.1126/science.1189930.
- Holland P. W., Welsch R. E. Robust regression using iteratively reweighted least-squares // Communications in Statistics: Theory and Methods. 1977. V. 6. No. 9. P. 813–827. DOI: 10.1080/03610927708827533.
- Kameda T., Ishizaka J. Size-fractionated primary production estimated by a two-phytoplankton community model applicable to ocean color remote sensing // J. Oceanography. 2005. V. 61. No. 4. P. 663–672. DOI: 10.1007/s10872-005-0074-7.
- Kim S.-W., Saitoh S., Ishizaka J. et al. Temporal and spatial variability of phytoplankton pigment concentration in the Japan Sea derived from CZCS images // J. Oceanography. 2000. V. 56. No. 5. P. 527–538. DOI: 10.1023/A:1011148910779.
- Lee E.-Y., Park K.-A. Change in the recent warming trend of sea surface temperature in the East Sea (Sea of Japan) over decades (1982–2018) // Remote Sensing. 2019. V. 11. No. 22. Article 2613. DOI: 10.3390/rs11222613.
- Lee D., Kang J. J., Jo N. et al. Variations in phytoplankton primary production driven by the Pacific Decadal Oscillation in the East/Japan Sea // J. Geophysical Research: Biogeosciences. 2022. V. 127. No. 10. Article e2022JG007094. DOI: 10.1029/2022JG007094.
- Lewis M. R., Cullen J. J., Platt T. Phytoplankton and thermal structure in the upper ocean: Consequences of nonuniformity in chlorophyll profile // J. Geophysical Research: Oceans. 1983. V. 88. No. C4. P. 2565–2570. DOI: 10.1029/JC088iC04p02565.
- Mantua N. J., Hare S. R. The Pacific Decadal Oscillation // J. Oceanography. 2002. V. 58. No. 1. P. 35–44. DOI: 10.1023/A:1015820616384.
- 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. V. 34. No. 8. P. 1545–1562. DOI: 10.4319/lo.1989.34.8.1545.
- Park K.-A., Ullman D. S., Kim K. et al. Spatial and temporal variability of satellite-observed Subpolar Front in the East/Japan Sea // Deep Sea Research Pt. I: Oceanographic Research Papers. 2007. V. 54. No. 4. P. 453–470. DOI: 10.1016/j.dsr.2006.12.010.
- Park K.-A., Kang C.-K., Kim K.-R., Park J.-E. Role of sea ice on satellite-observed chlorophyll-a concentration variations during spring bloom in the East/Japan sea // Deep Sea Research Pt. I: Oceanographic Research Papers. 2014. V. 83. P. 34–44. DOI: 10.1016/j.dsr.2013.09.002.
- Park J.-E., Park K.-A., Kang C.-K., Kim G. Satellite-observed chlorophyll-a concentration variability and its relation to physical environmental changes in the East Sea (Japan Sea) from 2003 to 2015 // Estuaries and Coasts. 2020. V. 43. No. 3. P. 630–645. DOI: 10.1007/s12237-019-00671-6.
- Sakata M., Yamada M., Mitsunobu S., Senga Y. Contribution of abiogenic and biogenic particles to trace-metal composition of phytoplankton assemblages in seawater of Shimizu Port, Japan // J. Oceanography. 2012. V. 68. No. 5. P. 807–813. DOI: 10.1007/s10872-012-0140-x.
- Siegel D. A., Dickey T. D., Washburn L. et al. Optical determination of particulate abundance and production variations in the oligotrophic ocean // Deep Sea Research Pt. A. Oceanographic Research Papers. 1989. V. 36. No. 2. P. 211–222. DOI: 10.1016/0198-0149(89)90134-9.
- Siegel D. A., Doney S. C., Yoder J. A. The North Atlantic spring phytoplankton bloom and Sverdrup’s critical depth hypothesis // Science. 2002. V. 296. No. 5568. P. 730–733. DOI: 10.1126/science.1069174.
- Sverdrup H. U. On conditions for the vernal blooming of phytoplankton // J. du Conseil. 1953. V. 18. No. 3. P. 287–295. DOI: 10.1093/icesjms/18.3.287.
- Talley L. D., Min D.-H., Lobanov V. B. et al. Japan/East Sea water masses and their relation to the sea’s circulation // Oceanography. 2006. V. 19. No. 3. P. 32–49. DOI: 10.5670/oceanog.2006.42.
- Yamada K., Ishizaka J., Yoo S. et al. Seasonal and interannual variability of sea surface chlorophyll a concentration in the Japan/East Sea (JES) // Progress in Oceanography. 2004. V. 61. No. 2–4. P. 193–211. DOI: 10.1016/j.pocean.2004.06.001.
- Yamada K., Ishizaka J., Nagata H. Spatial and temporal variability of satellite estimated primary production in the Japan Sea from 1998 to 2002 // J. Oceanography. 2005. V. 61. No. 5. P. 857–869. DOI: 10.1007/s10872-006-0005-2.
- Yoo S., Park J. Why is the southwest the most productive region of the East Sea/Sea of Japan? // J. Marine Systems. 2009. V. 78. No. 2. P. 301–315. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2009.02.014.