Пространственно-временная изменчивость первичной продукции Японского моря по спутниковым данным с применением метода эмпирических ортогональных функций

Изучение пространственного и временного распределения первичной продукции фитопланктона является непростой задачей. Традиционные методы исследования имеют ряд существенных недостатков. Один из главных недостатков - дороговизна, как самих методов, так и эксплуатации судна для их осуществления. Важно отметить также ограниченность традиционных методов, как в пространстве, так и во времени. Сравнительно недавно появились автономные платформы, оснащенные различными датчиками для изучения экосистем океанов и морей, но соответствующие данные пока что недоступны. Поэтому для преодоления этих недостатков в изучении изменчивости ПП полноценно применяются спутниковые данные, характеризующиеся оперативностью, регулярностью и более полным охватом территории.
Нами были использованы открытые данные 3 уровня о ПП (http://orca.science.oregonstate.edu) за временной промежуток с 2003 по 2012 гг. Данные содержат пространственные массивы с регулярной фиксированной географической сеткой с шагом 9 км. Данные, содержащиеся в каждом массиве, являются усредненными по времени за период 1 месяц. Данные ПП в массивах рассчитаны по модели VGPM, предложенной Behrenfeld and Falkowski в 1997 г. (Behrenfeld, Falkowski,1997), по данным спектрорадиометра MODIS Aqua.
Для лучшего понимания изменчивости первичной продукции, в изучаемой акватории нами помимо анализа спутниковых данных был применен метод эмпирических ортогональных функций (ЭОФ). Применение метода ЭОФ является полезным инструментом для анализа спутниковых снимков, в нашем случае данных MODIS Aqua, потому как становится возможным исследовать одновременно пространственную и временную изменчивость изучаемого параметра.
В результате анализа спутниковых данных было выявлено, что наибольшего значения этот параметр достигал в 2009 (811,35 мгС/м2/год), а также высоким показателем продуктивности был отмечен 2004 год (789,48 мгС/м2/год). Низкие уровни ПП 654,45 и 687,83 мгС/м2/год отмечались в 2005 и 2012 гг. Межгодовой разброс в величинах ПП, связан с изменением гидрологической обстановки, складывающейся из совокупных факторов, влияющих на образование ПП в исследуемом районе. Наблюдаются также и различия в пространственной изменчивости изучаемого параметра. Наибольшие значения ПП наблюдаются в южной части (800-1200 мгС/м2/год) изучаемой акватории, а наименьшие в северной части акватории (400-600 мгС/м2/год). Прежде всего, это связано с различием физических условий в северной и южной частях Японского моря.
Проанализировав спутниковые данные о ПП в Японском море, с применением метода ЭОФ нами были выявлены наиболее значимые закономерности в пространственно-временной изменчивости исследуемого параметра. Были проанализированы 3 моды, вклад в общую дисперсию которых составил для первой моды - 64,3%, второй и третьей – 19% и 8,3%. В первой моде ЭОФ выделяются максимумы в таких районах¸ как юго-восточная часть Японского моря, побережье Приморского края и центральная часть Японского моря. Во второй моде южная зона характеризуется более высокими значениями, по сравнению с северной зоной, что связано, прежде всего, с различным в этих районах соотношением факторов, которые способствуют обеспечению фитопланктона биогенными элементами и светом. Анализ третьей моды показал особенности развития ПП в конкретных районах и в определенное время в Японском море.
Изучение пространственно-временной изменчивости ПП и наличие данных о ПП, полученных при помощи VGPM модели важно для создания региональной модели оценки ПП в акватории.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 14-05-31219 мол-а.