Морской гидрофизический журнал. 2023; 39: 31-51
Особенности сезонной изменчивости концентрации хлорофилла а в различных регионах Южной Атлантики по спутниковым данным
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-1-31-51Аннотация
Цель. На основе долговременных спутниковых оптических измерений исследована сезонная изменчивость концентрации хлорофилла а на морской поверхности в различных регионах Южной Атлантики, определены ее пространственные особенности, выделены районы максимальных значений концентрации хлорофилла а и проанализированы причины ее увеличения в этих регионах.
Методы и результаты. Используются данные о концентрации хлорофилла а, полученные по измерениям MODIS-Aqua за 2002–2019 гг. в районе 30°–80° ю. ш., 70° з. д. – 25° в. д. Исследована пространственная изменчивость поверхностной концентрации хлорофилла а, ее сезонная динамика и время наступления сезонного пика. Выделено четыре зоны локальных максимумов концентрации хлорофилла а (аргентинский шельф, острова Южная Георгия, район выноса вод от Антарктического полуострова и антарктический шельф к востоку от моря Уэдделла), в которых проведен детальный анализ особенностей сезонной изменчивости.
Выводы. Пик концентрации хлорофилла а и начало цветения в исследуемых регионах наблюда-ются позже, чем в высоких широтах: в северной части в ноябре – декабре, а в южной – в январе – феврале. Исключение – достаточно обширные районы, расположенные к востоку от мощных источников биогенных элементов (островов, шельфовых вод), где время достижения пиковых значений концентрации хлорофилла а связано с влиянием адвекции и наступает с задержкой, необходимой для переноса примеси под влиянием течений. Главным фактором появления районов с повышенными концентрациями является влияние особенностей топографии на фронты Антарктического циркумполярного течения, а также таяние льдов в прикромочной зоне.
Список литературы
1. Banse K. Low seasonality of low concentrations of surface chlorophyll in the Subantarctic water ring: underwater irradiance, iron, or grazing? // Progress in Oceanography. 1996. Vol. 37,iss. 3–4. P. 241–291. doi:10.1016/S0079-6611(96)00006-7
2. Iron budgets for three distinct biogeochemical sites around the Kerguelen Archipelago (South-ern Ocean) during the natural fertilisation study, KEOPS-2 / A. R. Bowie [et al.] // Biogeosci-ences. 2015. Vol. 12, iss. 14. P. 4421–4445. doi:10.5194/bg-12-4421-2015
3. Iron and light limitation of phytoplankton growth off East Antarctica / C. R.Vives [et al.] //Journal of Marine Systems. 2022. Vol. 234. 103774. doi:10.1016/j.jmarsys.2022.103774
4. Regional scale characteristics of the seasonal cycle of chlorophyll in the Southern Ocean /S. J. Thomalla [et al.] // Biogeosciences. 2011. Vol. 8, iss. 10. P. 2849-2866. doi:10.5194/bg-8-2849-2011
5. Deppeler S. L., Davidson A. T. Southern Ocean phytoplankton in a changing climate // Frontiers in Marine Science. 2017. Vol. 4. 40. doi:10.3389/fmars.2017.00040
6. Phytoplankton standing crops within an Antarctic ice edge assessed by satellite remote sensing /C. W. Sullivan [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1988. Vol. 93, iss. C10.P. 12487–12498. doi:10.1029/JC093iC10p12487
7. Moore J. K., Abbott M. R. Surface chlorophyll concentrations in relation to the Antarctic PolarFront: seasonal and spatial patterns from satellite observations // Journal of Marine Systems.2002. Vol. 37, iss. 1–3. P. 69–86. doi:10.1016/S0924-7963(02)00196-3
8. Sokolov S., Rintoul S. R. On the relationship between fronts of the Antarctic Circumpolar Cur-rent and surface chlorophyll concentrations in the Southern Ocean // Journal of GeophysicalResearch: Oceans. 2007. Vol. 112, iss. C7. C07030. doi:10.1029/2006JC004072
9. Демидов А. Б., Ведерников В. И., Шеберстов С. В. Пространственно-временная изменчивость хлорофилла “а” в Атлантическом и Индийском секторах Южного океана в феврале–апреле 2000 г. по спутниковым и экспедиционным данным // Океанология. 2007.Т. 47, № 4. С. 546–558. EDN HFUGHE.
10. Characterization of distinct bloom phenology regimes in the Southern Ocean / J.-B. Sallée[et al.] // ICES Journal of Marine Science. 2015. Vol. 72, iss. 6. P. 1985–1998.doi:10.1093/icesjms/fsv069
11. Демидов А. Б., Гагарин В. И., Григорьев А. В. Сезонная изменчивость хлорофилла «а» наповерхности в проливе Дрейка // Океанология. 2010. Т. 50, № 3. С. 355–370. EDNMSQKWV.
12. Arrigo K. R., van Dijken G. L. Phytoplankton dynamics within 37 Antarctic coastal polynya systems // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C8. 3271. doi:10.1029/2002JC001739
13. Arrigo K. R., van Dijken G. L., Bushinsky S. Primary production in the Southern Ocean, 1997–2006 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2008. Vol. 113, iss. C8. C08004.doi:10.1029/2007JC004551
14. Physical drivers of phytoplankton bloom initiation in the Southern Ocean's Scotia Sea /C. J. Prend [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. Vol. 124, iss. 8. P. 5811–5826. doi:10.1029/2019JC015162
15. Демидов А. Б., Мошаров С. А., Гагарин В. И. Меридиональная асимметричность первичного продуцирования в атлантическом секторе Южного океана весной и летом // Океанология. 2012. Т. 52, № 5. С. 675–687.
16. Артамонов Ю. В., Скрипалева Е. А. Океанографические исследования Морского гидрофизического института в Южном океане // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6(192). С. 63–73. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-63-73
17. Термохалинная структура вод у берегов Антарктиды в марте – апреле 2019 г. по даннымизмерений в 64-й Российской антарктической экспедиции / Ю. В. Артамонов [и др.] //Метеорология и гидрология. 2020. № 2. С. 53–64. EDN XSUYDZ.
18. Исследования экосистемы Атлантического сектора Антарктики (79-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») / Е. Г. Морозов [и др.] // Океанология. 2020. Т. 60, № 5. С. 823–825. EDN PNJEZI. doi:10.31857/S0030157420050172
19. Vereshchaka A. L., Lunina A. A., Mikaelyan A. S. Surface chlorophyll concentration as a mes-oplankton biomass assessment tool in the Southern Ocean region // Global Ecology and Bioge-ography. 2022. Vol. 31, iss. 3. P. 405–424. doi:10.1111/geb.13435
20. O'Reilly J. E., Werdell P. J. Chlorophyll algorithms for ocean color sensors – OC4, OC5 & OC6 //Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 229. P. 32–47. doi:10.1016/j.rse.2019.04.021
21. Garcia C. A. E., Tavano Garcia V. M., McClain C. R. Evaluation of SeaWiFS chlorophyll al-gorithms in the Southwestern Atlantic and Southern Oceans // Remote Sensing of Environment. 2005. Vol. 95, iss. 1. P. 125–137. doi:10.1016/J.RSE.2004.12.006
22. Regional ocean-colour chlorophyll algorithms for the Red Sea / R. J. Brewin [et al.] // RemoteSensing of Environment. 2015. Vol. 165. P. 64–85. doi:10.1016/j.rse.2015.04.024
23. Topographic modulation of the wind stress impact on eddy activity in the Southern Ocean /Y. Cai [et al.] // Geophysical Research Letters. 2022. Vol. 49, iss. 13. e2022GL097859.doi:10.1029/2022GL097859
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2023; 39: 31-51
Features of Seasonal Variability of Chlorophyll a Concentration in Different Regions of the Southern Atlantic Based on Satellite Data
https://doi.org/10.29039/0233-7584-2023-1-31-51Abstract
Purpose. Based on the long-term satellite optical measurements, the work is to study seasonal variability of the chlorophyll a concentration on the sea surface in different regions of the Southern Atlantic, determine its spatial features, identify the areas where the values of the chlorophyll a concentration are maximum, and to analyze the reasons for its increase in these regions.
Methods and Results. The data on the chlorophyll a concentration obtained from the MODIS-Aqua measurements for 2002–2019 in the region 30°–80° S, 70° W – 25° E were used. Spatial variability of the surface chlorophyll a concentration, its seasonal dynamics and the time of the seasonal peak occurrence were studied. Four zones of local maxima of the chlorophyll a concentration were identified (the Argentinean shelf, the islands of South Georgia, the area of water removal from the Antarctic Peninsula and the Antarctic shelf east of the Weddell Sea); for each of them the features of seasonal variability were analyzed in details.
Conclusions. In agreement with the previous papers, the peak chlorophyll a concentration and the beginning of bloom in the regions under study are observed later than in the high latitudes: in the northern part – in November – December, and in the southern one – in January – February. The exception consists in the quite extensive areas to the east of the nutrients powerful sources (islands, shelf waters), where the time of occurrence of the chlorophyll a concentration peak values is related to the advection impact, that results in its arising with a delay which is required for transferring the nutrients by the currents. The basic factors promoting appearance of the areas with the increased chlorophyll a concentrations are the interaction between the topography features and the Antarctic Circumpolar Current fronts, and ice melting in the marginal zone.
References
1. Banse K. Low seasonality of low concentrations of surface chlorophyll in the Subantarctic water ring: underwater irradiance, iron, or grazing? // Progress in Oceanography. 1996. Vol. 37,iss. 3–4. P. 241–291. doi:10.1016/S0079-6611(96)00006-7
2. Iron budgets for three distinct biogeochemical sites around the Kerguelen Archipelago (South-ern Ocean) during the natural fertilisation study, KEOPS-2 / A. R. Bowie [et al.] // Biogeosci-ences. 2015. Vol. 12, iss. 14. P. 4421–4445. doi:10.5194/bg-12-4421-2015
3. Iron and light limitation of phytoplankton growth off East Antarctica / C. R.Vives [et al.] //Journal of Marine Systems. 2022. Vol. 234. 103774. doi:10.1016/j.jmarsys.2022.103774
4. Regional scale characteristics of the seasonal cycle of chlorophyll in the Southern Ocean /S. J. Thomalla [et al.] // Biogeosciences. 2011. Vol. 8, iss. 10. P. 2849-2866. doi:10.5194/bg-8-2849-2011
5. Deppeler S. L., Davidson A. T. Southern Ocean phytoplankton in a changing climate // Frontiers in Marine Science. 2017. Vol. 4. 40. doi:10.3389/fmars.2017.00040
6. Phytoplankton standing crops within an Antarctic ice edge assessed by satellite remote sensing /C. W. Sullivan [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1988. Vol. 93, iss. C10.P. 12487–12498. doi:10.1029/JC093iC10p12487
7. Moore J. K., Abbott M. R. Surface chlorophyll concentrations in relation to the Antarctic PolarFront: seasonal and spatial patterns from satellite observations // Journal of Marine Systems.2002. Vol. 37, iss. 1–3. P. 69–86. doi:10.1016/S0924-7963(02)00196-3
8. Sokolov S., Rintoul S. R. On the relationship between fronts of the Antarctic Circumpolar Cur-rent and surface chlorophyll concentrations in the Southern Ocean // Journal of GeophysicalResearch: Oceans. 2007. Vol. 112, iss. C7. C07030. doi:10.1029/2006JC004072
9. Demidov A. B., Vedernikov V. I., Sheberstov S. V. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' khlorofilla “a” v Atlanticheskom i Indiiskom sektorakh Yuzhnogo okeana v fevrale–aprele 2000 g. po sputnikovym i ekspeditsionnym dannym // Okeanologiya. 2007.T. 47, № 4. S. 546–558. EDN HFUGHE.
10. Characterization of distinct bloom phenology regimes in the Southern Ocean / J.-B. Sallée[et al.] // ICES Journal of Marine Science. 2015. Vol. 72, iss. 6. P. 1985–1998.doi:10.1093/icesjms/fsv069
11. Demidov A. B., Gagarin V. I., Grigor'ev A. V. Sezonnaya izmenchivost' khlorofilla «a» napoverkhnosti v prolive Dreika // Okeanologiya. 2010. T. 50, № 3. S. 355–370. EDNMSQKWV.
12. Arrigo K. R., van Dijken G. L. Phytoplankton dynamics within 37 Antarctic coastal polynya systems // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C8. 3271. doi:10.1029/2002JC001739
13. Arrigo K. R., van Dijken G. L., Bushinsky S. Primary production in the Southern Ocean, 1997–2006 // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2008. Vol. 113, iss. C8. C08004.doi:10.1029/2007JC004551
14. Physical drivers of phytoplankton bloom initiation in the Southern Ocean's Scotia Sea /C. J. Prend [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. Vol. 124, iss. 8. P. 5811–5826. doi:10.1029/2019JC015162
15. Demidov A. B., Mosharov S. A., Gagarin V. I. Meridional'naya asimmetrichnost' pervichnogo produtsirovaniya v atlanticheskom sektore Yuzhnogo okeana vesnoi i letom // Okeanologiya. 2012. T. 52, № 5. S. 675–687.
16. Artamonov Yu. V., Skripaleva E. A. Okeanograficheskie issledovaniya Morskogo gidrofizicheskogo instituta v Yuzhnom okeane // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 6(192). S. 63–73. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-63-73
17. Termokhalinnaya struktura vod u beregov Antarktidy v marte – aprele 2019 g. po dannymizmerenii v 64-i Rossiiskoi antarkticheskoi ekspeditsii / Yu. V. Artamonov [i dr.] //Meteorologiya i gidrologiya. 2020. № 2. S. 53–64. EDN XSUYDZ.
18. Issledovaniya ekosistemy Atlanticheskogo sektora Antarktiki (79-i reis nauchno-issledovatel'skogo sudna «Akademik Mstislav Keldysh») / E. G. Morozov [i dr.] // Okeanologiya. 2020. T. 60, № 5. S. 823–825. EDN PNJEZI. doi:10.31857/S0030157420050172
19. Vereshchaka A. L., Lunina A. A., Mikaelyan A. S. Surface chlorophyll concentration as a mes-oplankton biomass assessment tool in the Southern Ocean region // Global Ecology and Bioge-ography. 2022. Vol. 31, iss. 3. P. 405–424. doi:10.1111/geb.13435
20. O'Reilly J. E., Werdell P. J. Chlorophyll algorithms for ocean color sensors – OC4, OC5 & OC6 //Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 229. P. 32–47. doi:10.1016/j.rse.2019.04.021
21. Garcia C. A. E., Tavano Garcia V. M., McClain C. R. Evaluation of SeaWiFS chlorophyll al-gorithms in the Southwestern Atlantic and Southern Oceans // Remote Sensing of Environment. 2005. Vol. 95, iss. 1. P. 125–137. doi:10.1016/J.RSE.2004.12.006
22. Regional ocean-colour chlorophyll algorithms for the Red Sea / R. J. Brewin [et al.] // RemoteSensing of Environment. 2015. Vol. 165. P. 64–85. doi:10.1016/j.rse.2015.04.024
23. Topographic modulation of the wind stress impact on eddy activity in the Southern Ocean /Y. Cai [et al.] // Geophysical Research Letters. 2022. Vol. 49, iss. 13. e2022GL097859.doi:10.1029/2022GL097859
