Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 565-578
Структура поля концентрации окрашенного растворенного органического вещества в Керченском проливе
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-565-578Аннотация
Цель. На основе данных серии экспедиций, проведенных в 2001–2014 гг., выявить характерные признаки вертикальной структуры поля концентрации окрашенного растворенного органического вещества (fDOM) в Керченском проливе; выполнить типизацию профилей fDOM(z) и предложить схему районирования рассматриваемого региона по заданному набору качественных признаков; определить особенности статистических характеристик распределения концентрации fDOM на поверхности моря для акваторий с типовой структурой – цель данной работы.
Методы и результаты. Типизация выполнена методом визуальной экспертной оценки кривых вертикального распределения концентрации рассматриваемой величины. В ее основу положена форма профилей fDOM(z). Для выделения границ районов с типовой стратификацией поля содержания fDOM использован анализ структуры термохалинного поля. Выделены три типа вертикальной структуры вод, которые различались формой профиля fDOM(z) и статистическими показателями эмпирического распределения концентрации данного вещества на поверхности моря. Это азовоморский и черноморский типы, свойственные незагрязненным растворенной органикой водам Азовского и Черного морей, и тип структуры, идентифицирующий воды с антропогенной составляющей в поле концентрации анализируемой величины. Данный тип характеризуется особой интрузионной формой профиля fDOM(z). Для каждого из выделенных типов стратификации рассчитаны гистограммы распределения концентрации fDOM на поверхности моря.
Выводы. Выполнена типизация профилей fDOM(z) и предложена схема районирования акватории Керченского пролива по заданному набору предварительно выявленных качественных признаков. Определены границы районов с типовой стратификацией и их смещения. Показано, что каждой типовой структуре свойственно собственное статистическое распределение концентрации рассматриваемой величины на поверхности моря.
Список литературы
1. Особенности распределения органического вещества в водах Черного моря / А. И. Агатова [и др.] // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. С. 146–170. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41513159 (дата обращения: 17.08.2021).
2. Climatic Atlas of the Sea of Azov 2006 / G. Matishov [et al.]. Washington, D.C. : U.S. Government Printing Office, 2006. 103 p. (NOAA Atlas NESDIS 59). URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/AZOV2006/start.html (date of access: 17.08.2021).
3. Optical assessment of colored dissolved organic matter and its related parameters in dynamic coastal water systems / P. Shanmugam [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2016. Vol. 175. P. 126–145.
4. Stedmon C. A., Markager S., Bro R. Tracing dissolved organic matter in aquatic environments using a new approach to fluorescence spectroscopy // Marine Chemistry. 2003. Vol. 82, iss. 3–4. P. 239–254. doi:10.1016/S0304-4203(03)00072-0
5. High-frequency in situ optical measurements during a storm event: Assessing relationships between dissolved organic matter, sediment concentrations, and hydrologic processes / J. F. Saraceno [et al.] // Journal of Geological Research. 2009. Vol. 114, iss. G4. G00F09. doi:10.1029/2009JG000989
6. Seeing the light: The effects of particles, dissolved materials, and temperature on in situ measurements of DOM fluorescence in rivers and streams/ B. D. Downing [et al.] // Limnology and Oceanography: Methods. 2012. Vol. 10. P. 767–775. doi:10.4319/lom.2012.10.767
7. Ji Z.‐G. Hydrodynamics and Water Quality: Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries. Hoboken, USA : John Wiley & Sons Inc., 2018. 612 p. https://doi.org/10.1002/9781119371946
8. Chepyzhenko A. I., Chepyzhenko A. A. Methods and device for in situ dissolved organic matter (DOM) monitoring in natural waters' environment // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663S. doi:10.1117/12.2287797
9. Пугач С. П., Пипко И. И. Динамика растворенного окрашенного органического вещества на шельфе Восточно-Сибирского моря // Доклады Академии наук. 2012. T. 447, № 6. С. 671–674. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18448015 (дата обращения: 17.08.2021).
10. Direct effects of organic pollutants on the growth and gene expression of the Baltic Sea model bacterium Rheinheimera sp. BAL341 / C. M. G. Karksson [et al.] // Microbial Biotechnology. 2019. Vol. 12, iss. 5. P. 892–906. doi:10.1111/1751-7915.13441
11. Spatial and temporal variability of absorption by dissolved material at a continental shelf / E. Boss [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. Vol. 106, iss. C5. P. 9499–9507. doi:10.1029/2000JC900008
12. Fluorescence properties of dissolved organic matter in coastal Mediterranean waters influenced by a municipal sewage effluent (Bay of Marseilles, France) / M. Tedetti [et al.] // Environmental Chemistry. 2012. Vol. 9, iss. 5. P. 438–449. doi:10.1071/EN12081
13. Федоров К. Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. Л. : Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.
14. Гидрометеорологические условия морей Украины. Том 1 : Азовское море / Ю. П. Ильин [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 400 с.
15. Растворенное и взвешенное органическое вещество Черного моря в зимне-весенний период / А. И. Агатова [и др.] // Комплексные океанографические исследования Черного моря. Севастополь : СКТБ МГИ АН УССР, 1989. С. 153–164.
16. Ломакин П. Д., Панов Д. Б., Спиридонова Е. О. Особенности межгодовых и сезонных вариаций гидрометеорологических условий в районе Керченского пролива за два последних десятилетия // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 2. С. 36–48. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23140319 (дата обращения: 17.08.2021).
17. Ломакин П. Д., Чепыженко А. И., Чепыженко А. А. Поле концентрации общего взвешенного вещества в Керченском проливе на базе оптических наблюдений // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. C. 65–77. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-65-77
18. Гидрологические условия и характеристика загрязнения вод Керченского пролива в мае 2005 г. по данным контактных измерений и спутниковых наблюдений / П. Д. Ломакин [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2006. № 4. С. 27–34. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=9276507 (дата обращения: 17.08.2021).
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 565-578
Structure of the Field of the Colored Dissolved Organic Matter Concentration in the Kerch Strait
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-565-578Abstract
Purpose. Using the data obtained in the expeditions, 2001–2014, the authors intend to identify the typical features of vertical structure of the colored dissolved organic matter (fDOM) concentration field in the Kerch Strait, to type the fDOM(z) profiles, to zone the region under consideration according to a given set of the qualitative features, and also to determine the features of statistical characteristics of the fDOM concentration distribution on the sea surface layer for the water areas with a typical structure.
Methods and Results. The typing was carried out by the method of visual expert assessment of the curves of vertical distribution of concentration of the considered value. It was based on analyzing the fDOM(z) profile shapes. To reveal the boundaries of the areas with typical stratification of the fDOM content field, the thermohaline field structure was analyzed. Three types of water vertical structure were identified; they differed in the fDOM(z) profile shape and in statistical indices of empirical distribution of this substance concentration on the sea surface. These are the Azov Sea and the Black Sea types peculiar to the Azov and Black seas waters not contaminated by dissolved organic matter, and the type, the structure of which identifies the waters containing the anthropogenic component in the concentration field of the analyzed value. The latter type is characterized by a special intrusive shape of the fDOM(z) profile. For each of the identified stratification types, the histograms of the fDOM concentration distribution on the sea surface were calculated.
Conclusions. The fDOM(z) profiles were typed. The Kerch Strait water area was zoned in accordance with a given set of the preliminary revealed qualitative features. The boundaries of the areas with typical stratification and their displacements were determined. It is shown that each structure type has its own statistical distribution of concentration of the considered value on the sea surface.
References
1. Osobennosti raspredeleniya organicheskogo veshchestva v vodakh Chernogo morya / A. I. Agatova [i dr.] // Sistema Chernogo morya. Moskva : Nauchnyi mir, 2018. S. 146–170. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41513159 (data obrashcheniya: 17.08.2021).
2. Climatic Atlas of the Sea of Azov 2006 / G. Matishov [et al.]. Washington, D.C. : U.S. Government Printing Office, 2006. 103 p. (NOAA Atlas NESDIS 59). URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/AZOV2006/start.html (date of access: 17.08.2021).
3. Optical assessment of colored dissolved organic matter and its related parameters in dynamic coastal water systems / P. Shanmugam [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2016. Vol. 175. P. 126–145.
4. Stedmon C. A., Markager S., Bro R. Tracing dissolved organic matter in aquatic environments using a new approach to fluorescence spectroscopy // Marine Chemistry. 2003. Vol. 82, iss. 3–4. P. 239–254. doi:10.1016/S0304-4203(03)00072-0
5. High-frequency in situ optical measurements during a storm event: Assessing relationships between dissolved organic matter, sediment concentrations, and hydrologic processes / J. F. Saraceno [et al.] // Journal of Geological Research. 2009. Vol. 114, iss. G4. G00F09. doi:10.1029/2009JG000989
6. Seeing the light: The effects of particles, dissolved materials, and temperature on in situ measurements of DOM fluorescence in rivers and streams/ B. D. Downing [et al.] // Limnology and Oceanography: Methods. 2012. Vol. 10. P. 767–775. doi:10.4319/lom.2012.10.767
7. Ji Z.‐G. Hydrodynamics and Water Quality: Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries. Hoboken, USA : John Wiley & Sons Inc., 2018. 612 p. https://doi.org/10.1002/9781119371946
8. Chepyzhenko A. I., Chepyzhenko A. A. Methods and device for in situ dissolved organic matter (DOM) monitoring in natural waters' environment // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663S. doi:10.1117/12.2287797
9. Pugach S. P., Pipko I. I. Dinamika rastvorennogo okrashennogo organicheskogo veshchestva na shel'fe Vostochno-Sibirskogo morya // Doklady Akademii nauk. 2012. T. 447, № 6. S. 671–674. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18448015 (data obrashcheniya: 17.08.2021).
10. Direct effects of organic pollutants on the growth and gene expression of the Baltic Sea model bacterium Rheinheimera sp. BAL341 / C. M. G. Karksson [et al.] // Microbial Biotechnology. 2019. Vol. 12, iss. 5. P. 892–906. doi:10.1111/1751-7915.13441
11. Spatial and temporal variability of absorption by dissolved material at a continental shelf / E. Boss [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. Vol. 106, iss. C5. P. 9499–9507. doi:10.1029/2000JC900008
12. Fluorescence properties of dissolved organic matter in coastal Mediterranean waters influenced by a municipal sewage effluent (Bay of Marseilles, France) / M. Tedetti [et al.] // Environmental Chemistry. 2012. Vol. 9, iss. 5. P. 438–449. doi:10.1071/EN12081
13. Fedorov K. N. Fizicheskaya priroda i struktura okeanicheskikh frontov. L. : Gidrometeoizdat, 1983. 296 s.
14. Gidrometeorologicheskie usloviya morei Ukrainy. Tom 1 : Azovskoe more / Yu. P. Il'in [i dr.]. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2009. 400 s.
15. Rastvorennoe i vzveshennoe organicheskoe veshchestvo Chernogo morya v zimne-vesennii period / A. I. Agatova [i dr.] // Kompleksnye okeanograficheskie issledovaniya Chernogo morya. Sevastopol' : SKTB MGI AN USSR, 1989. S. 153–164.
16. Lomakin P. D., Panov D. B., Spiridonova E. O. Osobennosti mezhgodovykh i sezonnykh variatsii gidrometeorologicheskikh uslovii v raione Kerchenskogo proliva za dva poslednikh desyatiletiya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2010. № 2. S. 36–48. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23140319 (data obrashcheniya: 17.08.2021).
17. Lomakin P. D., Chepyzhenko A. I., Chepyzhenko A. A. Pole kontsentratsii obshchego vzveshennogo veshchestva v Kerchenskom prolive na baze opticheskikh nablyudenii // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 6. C. 65–77. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-65-77
18. Gidrologicheskie usloviya i kharakteristika zagryazneniya vod Kerchenskogo proliva v mae 2005 g. po dannym kontaktnykh izmerenii i sputnikovykh nablyudenii / P. D. Lomakin [i dr.] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2006. № 4. S. 27–34. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=9276507 (data obrashcheniya: 17.08.2021).
