Перенос и диффузия хлорофилла в Северо-Восточной части Атлантического океана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.28, кандидат наук Колдунов, Алексей Владимирович

• Колдунов, Алексей Владимирович
• кандидат наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат наук Колдунов, Алексей Владимирович

Содержание

Введение

1. Влияние динамики вод на пространственно-временную изменчивость фитопланктона в Северо-Восточной части Атлантического океана

1.1. Основные динамические процессы, влияющие на распределение первичных продуцентов в Мировом океане

1.2. Факторы, воздействующие на формирование биотических зон в Северо-Восточной части Атлантического океана

1.2.1. Океанографические особенности региона

1.2.2. Гидрометеорологические условия

1.2.3. Биотические особенности региона

2. Использование спутниковых методов для изучения пространственно-временной изменчивости фитопланктона в океане

2.1. Традиционные методы измерения биомассы фитопланктона

2.2. Спутниковые измерения концентрации хлорофилла и первичной продукции

3. Исходная океанологическая спутниковая информация. Методы анализа океанографических условий

3.1. Используемые данные

3.2. Спектральный и вейвлет анализ

3.3. Динамико-стохастический анализ

4. Перенос и диффузия первичных продуцентов в Северо-Восточной Атлантике

4.1. Особенности пространственно-временной изменчивости биотических характеристик

4.2. Оценка вкладов колебаний различных временных масштабов в общую изменчивость биотических характеристик

4.3. Влияние крупномасштабных атмосферных процессов на пространственное распределение хлорофилла

4.4. Оценка сравнительного вклада адвекции, диффузии и биотических процессов в общую изменчивость первичных продуцентов

4.5. Сравнительный анализ пространственно-временной изменчивости биотических полей в Северо-Восточной части Атлантического океана и других районах Мирового океана

Заключение

Список литературных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Перенос и диффузия хлорофилла в Северо-Восточной части Атлантического океана»

Введение

Актуальность. Современные темпы роста численности населения Земли и активный морской промысел заставляют искать новые продуктивные зоны Мирового океана и рационально использовать уже известные. Таким образом, существует народно-хозяйственная проблема совершенствования методов оперативного научного обеспечения промысла и повышения точности промысловых прогнозов, решение которой позволит уменьшить затраты на добычу промысловых объектов и повысить её эффективность.

Одним из ключевых факторов морской среды, влияющих на поведение промысловых объектов, является насыщенность акватории организмами низшего трофического уровня, т.е. насыщенность кормом для более высоких трофических уровней. Наиболее многочисленный первый трофический уровень является также и наиболее зависимым от абиотических характеристик среды. Для качественного прогноза распределения биотических характеристик необходимо чётко представлять степень и форму зависимости этих характеристик от различных факторов окружающей среды. Изученность такой зависимости на данном этапе развития науки ещё недостаточна, что приводит к низкой эффективности промысла и невысокой точности экологических прогнозов. Прежде всего, слабая изученность вышеупомянутых зависимостей связана с недостаточной репрезентативностью биотической информации, полученной контактными методами измерений, на которых долгое время базировались все исследования. С развитием спутниковых методов измерения цвета океана начали появляться биотические данные с высокой дискретностью по времени и пространственным разрешением, которые позволяют разрабатывать и апробировать недоступные ранее подходы и методы анализа.

В пространственной неоднородности биотических характеристик, несомненно, значительную роль играют перенос и диффузия, однако из-за сложности получения репрезентативных данных для подобных исследований, особенно для крупномасштабной изменчивости данный вопрос оставался долгое время весьма слабо изучен.

Цель исследования: оценка особенностей переноса и диффузии хлорофилла в Северо-Восточной части Атлантического океана на основе спутниковых измерений.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1) Систематизация по литературным источникам основных современных представлений о механизмах и степени воздействия переноса и диффузии на формирование зон повышенной биологической продуктивности.

2) Создание массива исходной спутниковой информации о концентрации хлорофилла и первичной продукции в Северо-Восточной части Атлантического океана.

3) Статистический анализ и описание на основе спутниковой информации основных закономерностей пространственно-временной изменчивости концентрации хлорофилла и первичной продукции в Северо-Восточной части Атлантического океана.

4) Исследование статистической нестационарности пространственно-временной изменчивости концентрации хлорофилла и первичной продукции на основе вейвлет-анализа.

5) Разработка метода оценки сравнительного вклада адвекции, диффузии и биотической трансформации в общую изменчивость концентрации хлорофилла и первичной продукции.

6) Определение зависимости формирования продуктивных зон в океане от крупномасштабных атмосферных процессов.

Научная новизна.

- Впервые для Северо-Восточной части Атлантического океана на основе спутниковых измерений описана многолетняя пространственно-временная изменчивость концентрации хлорофилла и первичной продукции для различных масштабов осреднения, и изучена изменчивость наступления периодов цветения фитопланктона.

Впервые построены карты пространственного распределения интенсивности колебаний первичной продукции для разных периодичностей.

- Разработаны новые методы визуализации и интерпретации результатов вейвлет-анализа.

- Впервые для Северо-Восточной части Атлантического океана проведён сравнительный анализ статистической нестационарности пространсвенно-временной изменчивости концентрации хлорофилла и индекса СевероАтлантического колебания, а также исследована их статистическая связь.

- Разработан оригинальный динамико-стохастический анализ спутниковой информации, на основании которого оценен сравнительный вклад адвекции, диффузии и биотической трансформации в общую изменчивость концентрации хлорофилла и первичной продукции.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Новые методы анализа и интерпретации спутниковой информации о концентрации хлорофилла и первичной продукции.

2. Основные закономерности пространственно-временной изменчивости зон биологической продуктивности в Северо-Восточной части Атлантического океана.

3. Закономерности нестационарности основных периодичностей в пространственно-временной изменчивости хлорофилла и первичной продукции в Северо-Восточной части Атлантического океана.

4. Распределение районов с различным вкладом динамических и биотических составляющих в общую изменчивость первичной продукции и концентрации хлорофилла

5. Закономерности связи изменчивости концентрации хлорофилла с изменчивостью индекса Северо-Атлантического колебания.

Практическая значимость

Распределение первичной продукции фитопланктона, являющегося первым трофическим уровнем, оказывает ключевое влияние на распределение зоопланктона и консументов высших порядков. Знание основных закономерностей пространственно-временной изменчивости продукции моря, таким образом, очень важно при обеспечении морского промысла, а так же при экологических экспертизах.

Личный вклад автора

Все основные научные результаты исследования, изложенные выше, а также их интерпретация получены лично автором. Проводились: выбор, получение, подготовка к работе исходных массивов данных. Разработка программ (на языке программирования Matlab) для анализа и картирования натурных и экспериментальных данных. Осуществлялся статистический анализ данных, систематизация результатов исследования, оценка вклада различных океанографических характеристик в формирование продуктивных зон в океане. В тех публикациях, где диссертант выступал как соавтор, все региональные результаты, а также методологическая и расчётная часть исследования выполнена A.B. Колдуновым.

Апробация результатов исследования

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на российских и международных научных конференциях и семинарах:

- Итоговая сессия Санкт-Петербургской секции Учёного совета «ГОИН» по результатам работ 2011 года. Санкт-Петербург, Государственное учреждение "Государственный Океанографический Институт" Санкт-Петербургское отделение. 2-3 февраля 2012 г.

- PICES-2011. Annual Meeting "Mechanisms of Marine Ecosystem Reorganization in the North Pacific Ocean" October 14-23, 2011, Khabarovsk, Russia.

- Научная конференция XIV съезда Русского географического общества Санкт-Петербург, 11-14 декабря 2010 г.

- Семинар ФАЛ в рамках Программы поддержки молодых ученых ААНИИ Росгидромета, Санкт-Петербург, 1-3 декабря 2010.

- XI Всероссийской конференции с международным участием «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря». 9-11 ноября 2010 г. Санкт-Петербург.

- Симпозиум «Climate Change Effects on Fish and Fisheries: Forecasting Impacts, Assessing Ecosystem Responses, and Evaluating Management Strategies». April 25 - 29, 2010 Sendai, Japan.

- Итоговая научная конференция "Фундаментальные проблемы океанологии". Москва, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2728 ноября 2008 г.

Шестая всероссийская открытая ежегодная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 10-14 ноября 2008 г.

- Международная научная конференция «PEACE III», Циндао, Китай. 29-30 Ноября, 2006; - International conference «Advances of satellite oceanography: understanding and monitoring of Asian Marginal Seas».Vladivostok, Russia 3-6 October, 2007;

- Международная научная конференция «Большие морские системы России в эпоху глобальных изменений (климат, ресурсы, управление)», Ростов-на-Дону, 10-13 октября 2007;

X Международная конференция «Проблемы изучения, рационального использования и охраны природных ресурсов Белого моря», Архангельск, 2007.

- «PICES Thirteenth Annual Meeting (PICES XIII)», Hinolulu, Hawaii, USA; «PICES Fifteenth Annual Meeting (PICES XV)», Japan, Yokohama, 2006;

Работа над диссертацией была поддержана стипендией им. Ф. Нансена («The NANSEN Grant - 2006»). Исследования, представленные в диссертации проводились в рамках проекта LAMAR (LAMAR-DRCT/FRCT-M2.1.2/F/008/2007) и при поддержке грантов РФФИ № 04-05-64765 и № 0405-64876. Работа выполнялась при поддержке ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России".

По материалам диссертации автором опубликовано 24 работы, из них 14 в материалах конференций, одна монография, 9 статей в периодических изданиях, 7 из них в ведущих периодических изданиях из перечня ВАК. Результаты исследований отражены также в научно-технических отчётах СКБ САМИ ДВО РАН, Южно-Сахалинск (2006 и 2007 гг.) и СПбГУ (2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 и 2011 гг.).

1. Влияние динамики вод на пространственно-временную изменчивость фитопланктона в Северо-Восточной части

Атлантического океана.

Одним из важнейших факторов формирования областей высокой биологической продуктивности в океане является циркуляция вод. С ней связан перенос всех свойств и характеристик морской среды, в том числе и биотических. Существуют два варианта воздействия динамики вод на увеличение численности фитопланктона в конкретном районе - адвекция непосредственно организмов в район и адвекция вод с характеристиками, способствующими росту фитопланктона (наличие биогенных элементов, благоприятная температура, прозрачность и др.). В зависимости от динамической активности различных районов океана в той или иной мере присутствует горизонтальный и вертикальный обмен. В связи с динамикой океана в различных районах могут сосредотачиваться организмы в определённых ограниченных циркуляционных областях. В таких областях формируется устойчивая кормовая база, обеспечивающая скопления в них биологических объектов различного уровня.

Кроме физических параметров на неоднородность распределения фитопланктона влияют и особенности биологических процессов внутри популяций, связанных с взаимодействием организмов.

1.1. Основные динамические процессы, влияющие на распределение первичных продуцентов в Мировом океане

При исследовании морских динамических процессов океан можно

обобщённо разделить на шельфовые зоны и воды открытого океана. С

исторической точки зрения наиболее значимыми для промысла и богатыми

разнообразными динамическими процессами являются шельфовые зоны

мирового океана, чему посвящено большее число исследований. На шельф в

ю

первую очередь поступает материковый жидкий и твёрдый сток, обеспечивающий пополнение биогенными элементами и органическим веществом его водных масс и способствующих образованию, как высокой первичной продукции, так и высоких концентраций зоопланктона и зообентоса. Однако несоизмеримо больше, чем сток с суши, доставке биогенных элементов в прибрежные шельфовые зоны способствует интенсивное вертикальное перемешивание и прежде всего, подъём глубинных вод в результате сезонной климатической изменчивости и динамических процессов (Моисеев, 1989).

Рис 1.1.1. Климатические зоны шельфа Мирового океана: 1 - полярный и субполярный; 2 - умеренный; 3 - субтропический; 4 -тропический; 5 - экваториальный (Моисеев, 1989).

Размещение шельфа по климатическим зонам (рис 1.1.1.)

свидетельствует о неравномерном распределении его в пределах Мирового

океана. Около одной пятой площади шельфовых зон находится в пределах

11

арктических и антарктических районов. Наиболее продуктивными принято считать умеренные и субтропические шельфовые зоны.

океанологических факторов, способствующих образованию повышенного по сравнению с другими районами уровня биологической продукции. В таких районах гораздо чаще создаются крупномасштабные апвеллинги и тем самым благоприятные условия для роста фитопланктона. Существуют особенности вертикального перемешивания вод в пределах шельфа и материкового склона в зависимости от величины их площади и крутизны. С увеличением угла наклона дна увеличивается интенсивность вертикального перемешивания, усиливается подъём вод, создаётся возможность образования круговых движений (рис. 1.1.2), т.е., иными словами, весьма интенсифицируются вертикальные и горизонтальные движения водных масс (Моисеев, 1989).

Рис 1.1.2 Схема вертикального перемешивания вод на шельфе при различной крутизне шельфа и прилегающего склона (Моисеев, 1989).

Шельфовые районы имеют разнообразный комплекс

Излом дна и особенно участки с наиболее крутыми склонами способствуют подъёму и опусканию водных масс, причём линии тока над изломом дна обладают относительно постоянной формой. В Мировом океане положение линий конвергенции и дивергенции довольно устойчиво и они лишь несколько (обычно до 4° по широте) отклоняются под влиянием атмосферных процессов (Моисеев, 1989). Такой же относительно устойчивый характер носят подъёмы и опускания вод в районах склона и нижней части шельфа. Несомненно, рельеф, особенно резко очерченный, играет значительную роль в формировании вертикальной циркуляции даже в районах с большими океаническими глубинами.

Узкие шельфы находятся под непосредственным и гораздо большим воздействием водных масс, приходящих из районов материкового склона, и это влияние охватывает почти всю площадь шельфа, в то время как широкие шельфы испытывают наибольшие влияния глубинных вод только в пределах своего внешнего края, а на большей части их площади преобладает роль горизонтальных перемещений, стока приливно-отливных явлений, ветровых факторов и др.

Если учесть, что основное поступление биогенных веществ на шельф происходит путём выноса их из глубинных зон океана, а не в виде материкового стока, то можно объяснить повышенную относительную продуктивность узких шельфов по сравнению с широкими шельфами. Узкие шельфы дают в несколько раз больше продукции с единицы площади, чем широкие (Гершанович, 1990, Моисеев, 1989). Естественно, при этом не следует забывать о суммарной продукции, снимаемой с обширной площади широкого шельфа, которая в ряде случаев весьма значительна.

Рельеф дна оказывает влияние на продуктивность океана не только в

шельфовых зонах материков. В зонах взаимодействия средних океанских

течений с подводными горами происходит непрерывное образование

разномасштабных вихрей. В таком вихревом поле над вершинами гор

13

вследствие эффекта Праудмена-Тейлора наблюдаются аномальные распределения характеристик, имеющих форму изолированных столбов с максимальными концентрациями биогенных элементов в их центрах (Каменкович, 1987, Owens, 1980). Биогенные элементы, поднимающиеся в поверхностные слои, благодаря эффекту двухмерного вихря удерживаются в центре столба воды и могут способствовать вспышке биологической продуктивности. Однако топографические вихри имеют, очевидно, ограниченное время существования, и при усилении основного потока они отрываются и уносятся течением, образуя след из вихревых образований за подводной возвышенностью вниз по потоку иногда на расстояние до 200300 км (Каменкович, 1987).

Большое значение в процессах переноса фитопланктона и биогенных элементов играет конвекция. В сильно стратифицированном океане вертикальный обмен невелик, а порой совсем отсутствует. В результате этого затрудняются вертикальные миграции планктона и проникновение химических элементов из глубинных слоев в поверхностные. Наиболее выраженный скачок с максимальными градиентами образуется в районах с большими годовыми колебаниями поверхностной температуры, т.е. характерен в основном для умеренных широт. Осенью по мере охлаждения поверхностных слоев и повышения их плотности усиливается вертикальная циркуляция. В умеренных широтах она проникает до 200 и даже 300 м (Моисеев, 1989).

Помимо вертикальных конвекционных процессов существенное

значение имеют горизонтальные перемещения водных масс течениями,

изменяющими типичные для данного климатического пояса термические

характеристики. Эти перемещения приводят к соприкосновению водных

масс различного происхождения, отличающихся гидрологическими

характеристиками, создают интенсивные подъёмы глубинных и опускания

поверхностных вод, приводят к многочисленным вихрям и завихрениям,

меандрам, круговоротам и т.д. Течения переносят подчас на большие

14

расстояния фито- и зоопланктон, а также икру и личинки водных животных. Влияние течений на океанологический режим многих районов океана нередко бывает ведущим и в сочетании с другими факторами определяет их биопродутивность.

Крупномасштабные циркуляции вод определяют зональное распределение водных масс и продуктивных районов. Сочетание динамических и топографических факторов на периферии океана определяет формирование продуктивных зон апвеллингов, богатых питательными веществами промежуточных вод. Чётко прослеживается связь межу биологической продуктивностью и размещением зон конвергенции и дивергенции, фронтальными зонами, участками временных и особенно устойчивых вихрей, их сложной и изменчивой пространственной и временной структурой. Большое значение имеют свойственные многим районам океана локальные круговороты, с которыми связано появление благоприятных условий для развития планктона, пелагической икры и личинок рыб и беспозвоночных.

В бедных биогенами районах открытого океана рост фитопланктона поддерживается вихрями (Falkowski, 1991; McGillicuddy, 1997) и более мелкомасштабными фронтальными циркуляциями (Levy, 2001). Основными причинами возникновения синоптических вихрей в океане являются внутренняя бароклинная неустойчивость, топографические эффекты на дне и берегах и атмосферные воздействия (Монин, 1982). Вихри и фронты обеспечивают вбросы биогенов на поверхность из богатого биогенами термоклина. В центре циклонических круговоротов Северного полушария вследствие эффекта Кориолиса наблюдаются небольшие апвеллинги, в результате которых близкие к фотическому слою воды обогащаются за счёт насыщенных питательными веществами промежуточных вод и их биопродуктивность увеличивается. В центре конвергенции происходит опускание вод, которое способствует скапливанию планктона.

В отличие от антициклонических циркуляций в центральных частях циклонических круговоротов происходит подъём вод, а по периферии -опускание. Общая площадь циклонических круговоротов, наиболее благоприятных для жизни, значительно уступает антициклоническим. Первые составляют всего 7% поверхности Мирового океана (Петров, 1999).

Вклад вихрей в подкачку биогенов в верхние слои океана оценивается как 20 - 30% (Falkowski, 1991; McGillicuddy, 1998, Oschlies,1998). Эти выбросы могут быть не постоянными, так как повторяющиеся аппвелинги истощают запас питательных веществ в верхней части термоклина (Oschlies, 2002; Williams, 2003).

Челтон с коллегами (Chelton, 2011) считают, что вихри в большей степени воздействуют на концентрацию биоты, перераспределяя хлорофилл, нежели создавая благоприятные условия для его развития. На основе спутниковых данных о хлорофилле и уровне моря они показывают, что мезомасштабные вихри генерируют большую часть изменчивости хлорофилла над открытым океаном. Ранее данная изменчивость объяснялась наличием крупномасштабных волн - волн Россби. Челтон указывает на то, что закручивающиеся движения вод переносят хлорофилл. Таким образом, перенос хлорофилла вихрями в большей степени, чем локальный рост хлорофилла, отвечает за его изменчивость.

В прибрежной зоне в районах активного апвеллинга могут наблюдаться понижение продуцирования в районах с интенсивным вихреобразованием (Gruber, 2011). В таких районах питательные вещества могут выноситься из прибрежных зон вихрями.

Для биологических процессов, влияющих на продуктивность океана и

его районов, особое значение приобретает наклонное положение

стратификации потока воды во всех океанических течениях. Эта

особенность, обусловленная гидродинамическими причинами, приводит к

подъёму глубинных вод, обычно насыщенных биогенными веществами, в

поверхностные слои по левому краю своего движения в Северном

16

полушарии и по правому краю в Южном. В значительной мере именно этой особенности обязаны высокой продуктивностью, например, районы Джорджес-банки, Ньюфаундленского мелководья, Исландии и банок Баренцева моря.

В масштабе океана движение турбулентно, т.е. поток жидкости характеризуется наложением хаотически перемещающихся водных масс, двигающихся по случайным, меняющим свою форму траекториям. Энергия, передаваемая внешними силами океаническим водам в процессах определённого масштаба, передаётся далее более мелким турбулентным образованиям, возникающим из-за данного энергосодержащего движения. Образовавшиеся таким образом турбулентные вихри в свою очередь передают энергию без существенных потерь менее крупным турбулентным образованиям, и так вплоть до самых мелких вихрей.

Скорость переноса массы турбулентным движением пропорциональна градиенту средней концентрации субстанции. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом турбулентной диффузии, который зависит от природы турбулентного движения. Коэффициент турбулентной диффузии в реальном океане обычно варьирует в пределах 107-108 см2/с (ОЭ, 1974). В жидких системах определённых типов проявляется турбулентная вязкость, которая систематически оказывается отрицательной. Эффект положительной вязкость состоит в том, чтобы препятствовать относительным движениям в жидкости, в то время как эффект отрицательной вязкости - в поддержании разности скоростей или увеличении её (турбулентный перенос импульса в таких течениях направлен из области с меньшим значением скорости среднего потока в области с большим её значением). Данное явление к настоящему времени твёрдо установлено из наблюдений (Старр, 1971). Реальными явлениями, в которых имеет место эффект отрицательной вязкости, являются дифференциальное вращение Земной атмосферы, среднее состояние

Гольфстрима вблизи американского побережья и течения в некоторых лабораторных экспериментах (Старр, 1971).

Влияние турбулентности на количество фитопланктона в воде, как утверждает ряд авторов, зависит от размера организмов. Так Родригес с соавторами (Rodriguez et al., 2001) указывает на то, что относительная доля более крупных клеток возрастает с увеличением вертикальной скорости. Такое влияние может быть более существенным, чем апвеллинг биогенов. Ли (Li, 2002) в своей работе исследовал распределение планктона разных размеров в зависимости от индекса стратификации как показателя степени турбулентного перемешивания. Оказалось, что численность мелкого нанопланктона (2-10р.т) при увеличении турбулентности оставалось неизменной. Число же крупного нанопланктона (10-20{im) росло с уменьшением стратификации (увеличением турбулентности), в то время как численность пикофитопланктона (<2 \im) уменьшалась. В целом наибольшее разнообразие планктона наблюдалось при средних уровнях стратификации вод. По результатам Петерсена и его коллег (Petersen et al., 1998), исследовавших поведение планктонных экосистем в зависимости от уровня турбулентного перемешивания можно сказать, что, вероятно, для экосистемы в целом планктон реагирует больше на внутрипопуляционную динамику, нежели на изменения турбулентности.

Дополнительно к биологическому обогащению, происходящему в открытом океане в результате апвеллинга, вызванного дивергенцией, было отмечено множество районов (Gower et al., 1980), где наблюдались мезомасштабные (103 - 105м) апвеллинги, для описания которых было предложено два основных мезанизма: внутренние волны (Holligan et al., 1985) и фронты (Woods, 1988). Разберём их подробнее далее.

Изменение океанографических характеристик по горизонтали обычно

не происходит постепенно. В океанах участки, где горизонтальный градиент

сравнительно мал, ограничиваются участками, где этот градиент весьма

значителен. Такие зоны называют фронтами. Фронтальные зоны обычно

18

можно идентифицировать по горизонтальному градиенту плотности. Однако в ряде случаев при отсутствии горизонтального градиента плотности присутствуют градиенты солёности и температуры, которые компенсируют друг друга, не образуя плотностного фронта (Фёдоров, 1983).

Фронты в океане встречаются во всём спектре пространственных масштабов от метра или метров до размеров самого океана и играют важную роль в океанологических процессах. На поверхности океана их обычно можно наблюдать, как узкие полосы с необычными характеристиками волн, скоплениями пены, мусора, сликов нефти и т.п. Замечено, что фронты оказывают большое влияние на биологию океана, так как они являются областями повышенной концентрации питательных веществ для многих форм жизни в океане. На фронтах собираются различные виды фито- и зоопланктона; там концентрируются рыбы, дельфины, киты, птицы. Иногда там может происходить интенсивное цветение фитопланктона (Монин, Красицкий, 1985).

Фронты, которые заметно проявляются на поверхности океана, имеют большое значение для динамики океана в целом, так как они являются областями с интенсивным обменом импульсом и термодинамическими свойствами между различными водными массами. Крупномасштабные фронты оказывают большое влияние на взаимодействие атмосферы и океана и в конечном итоге на климат и погоду (Федоров, 1983; Монин, Красицкий, 1985).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Колдунов, Алексей Владимирович, 2012 год

Список литературных источников

Абрамов Р.В. О структуре синхронных макроколебаний атмосферной циркуляции над Атлантическим океаном// Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. 1976. -Т. 108. -N5.-C. 385-391.

Борисенков Е.П., Семенов В.Г. О цикличности колебаний температуры воды Северной Атлантики // Изв. АН СССР. ФАО. 1970. - Т. 6. - N 9. - С. 965-969.

Булатов Р.П., Бараш, М.С., Иваненков В.Н., Марта, Ю.Ю. Атлантический океан. М. Мысль. 1977.

Булатов Р.П. Климатические и гидрологические характеристики Атлантического океана // Атлантический океан. М., Мысль, 1977. - С. 19-86.

Ведерников В. И., Демидов А. Б. Первичная продукция и хлорофилл в Северной Атлантике в сентябре октябре 1991 г. // Океанология. 1999. Т. 39. № 6. С. 876 - 886.

Волковинский В. В. Основные факторы среды, лимитирующие уровень первичной продукции в океане // Методы рыбохозяйственных химико-океанографических исследований. Ч. 2. — М., 1968. — С. 135—154.

Виноградов Г.М. 2006. Планктон в столбе воды над гидротермальными полями Срединно-Атлантического хребта. В кн.: Экосистемы аталантических гидротерм (Ред. М.Е. Виноградов и А.Л. Верещака). М.: Наука.: 218-274.

Виноградов, М.М., Лаппо С.С. (отв. редакторы). Новые идеи в океанологии/ТЛ: Физика. Химия. Биология. М. Наука, 2004.

Гершанович Д. Е., Муромцев А. М. Океанологические основы биологической продуктивности Мирового океана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982.—320с.

Григоркина Р.Г., Губер П.К. Фукс В.Р. Прикладные методы корреляционного и спектрального анализа крупномасштабных океанологических процессов. JL: Изд-во ЛГУ, 1973.

Дитрих Г. Общая океанография— М,: Изд-во иностр. лит., 1962.— 465с.

Дубравин В.Ф. Об эволюциях Северо-Атлантического колебания. Калининград, 1994. 56 с. - Деп. ВИНИТИ 21.01.94, N 183.

Дубравин В. Ф. Поверхностные водные массы Атлантического океана // Тез. докл. III съезда сов. океанологов. Секц. „Физика и химия океана. Климат, взаимодействие океана и атмосферы, космическая океанология". — Л., 1987. —С. 112—113.

Дубравин В.Ф. Поверхностные водные массы и формирование зон биологической продуктивности Атлантического океана. - СПб, Гидрометеоиздат, 2001.

Зубов Н. Н. Динамическая океанология. —М.; Л.: Гидрометеоиздат, 1947. — 430 с.

Каменкович В. М., Кошляков М. Н., Монин А. С. Синоптические вихри в океане. Ленинград, Гидрометеоиздат. 1987, 512 с.

Кобленц-Мишке О. И. Фотосинтетическая первичная продукция // Биологические ресурсы океана. — М., 1985. — С. 48—62.

Мамаев О. И. О водных массах Северной Атлантики // Тр. МГИАН СССР. — 1960. — Т. 19. — С. 57—68.

Моисеев П. А. 1989. Биологические ресурсы Мирового океана. М.: Агропромиздат. 368 с.

Монин С.А, Красицкий В.П. Явления на поверхности океана. Л. Гидрометеоиздат. 1985. 375с.

Океанографическая энциклопедия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 632 с.

Парсонс Т.Р., Такахаши М., Харгрейв Б. Биологическая океанография. М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. 432

Раймонт Дж. Планктон и продуктивность океана: Т. I. Фитопланктон. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. — 568с.

Смирнов А.Н., Смирнов Н.П. Колебания климата и биота Северной Атлантики. -СПб.: Изд.РГГМУ, 1998. 150 с.

В.П.Старр. Физика явлений с отрицательной вязкостью. М., "Мир", 1971

Степанов В. Н. , Галеркин Л. И. , Кутько В. П. и др. Формирование и изменчивость гидрофизических полей северной части Атлантического океана— М.: Гидрометеоиздат, 1984. — 139 с.

Суховей В.Ф. Двухлетняя цикличность гидрологических процессов Атлантического океана // Метеорология и гидрология. 1974. - N 2. - С. 4754.

Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. -Л., Гидрометеоиздат, 1983 г., 296 с.

Abraham, Е. R. (1998), The generation of plankton patchiness by turbulent stirring. Nature, 391

Atkins, W.R.G. (1928) Seasonal variation in the phosphate and silicate content of sea water during 1926 and 1927 in relation to the phytoplankton crop. J. Mar. Biol. Assoc. 15, 191-205.

Baliunas, S. L., Henry, G. W., Donahue, R. A., Fekel, F. C., & Soon, W. H. 1997, ApJ, 474, LI 19

Bashmachnikov, I., V. Lafon & A. Martins, 2004. Sea surface temperature distribution in the Azores region. Part II: space-time variability and underlying mechanisms. Arquipelago. Life and Marine Sciences 21A: 19-32.

Bashmachnikov, I., Lafon, V., and A. Martins, 2004. SST stationary anomalies in the Azores region. In: "Remote Sensing of Ocean and Sea Ice", Proceedings of SPIE Vol. 5569: 148-155.

Behrenfeld, M.J. and Falkowski, P.G. (1997) Photosynthetic rates derived from satellite-based chlorophyll concentration. Limnol. Oceanogr. 42, 1-20.

Boss, E. and M. Behrenfeld, 2010. In situ evaluation of the initiation of the North Atlantic phytoplankton bloom. Geophysical Research Letters, 37 LI 8603,

Boyce, D. G., Lewis, M. R. & Worm, B. Global phytoplankton decline over the past century. Nature 466, 591-596, doi:10.1038/nature09268 (2010).

Bracco, A., A. Provenzale, and I. Scheming (2000), Mesoscale vortices and the paradox of the plankton, Proc. R. Soc. London, Ser. B, 267, 1795- 1800

Bracco A., Clayton S., and Pasquero C. (2009) Horizontal advection, diffusion, and plankton spectra at the sea surface. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 114.

Chelton, D. B., M. G. Schlax, and R. M. Samelson. 2011. Global observations of nonlinear mesoscale eddies. Prog. Oceanogr.,

doi: 10.1016/j .pocean.2011.01.002.

Cipollini P, D. Cromwell, M..S. .Jones et al., Concurrent altimeter and infrared observations and infrared observations of Rossby wave propagation near 34 degrees in the Northeast Atlantic. Geophys. Res. Lett., 24, 889-892, 1997.

Cipollini, P., Cromwell, D., Graham, D., Quartly, G.D. & Challenor, P.G., 2000. Remote sensing of oceanic extratropical Rossby waves. In Satellites, oceanography and society (ed. D. Halpern). Elsevier Oceanographic Series, 63, 99A123.

Cipollini, P., D. Cromwell, P. G. Challenor and S Raffaglio, Rossby waves detected in global ocean colour data, Geophys. Res. Let., 28, 323-326, 2001.

Cromwell, D., P.G. Challenor, A.L. New, and R.D. Pingree, 1996: Persistent westward flow in the Azores Current as seen from altimetry and hydrography. Journal of Geophysical Research, 101,11923-11933.

Cushing, D.H. (1975) Marine Ecology and Fisheries. Cambridge University Press, Cambridge. 278 pp.

Denman, K., A. Okubo, and T. Piatt (1977), The chlorophyll fluctuation spectrum in the sea, Limnol. Oceanogr., 22, 1033- 1038.

Drinkwater, K.F. and 8 other authors (2003) The response of marine ecosystems to climate variability associated with the North Atlantic Oscillation. In The North Atlantic Oscillation: Climatic Significance and Environmental Impact (ed. J.W. Hurrell, Y. Kushnir, G. Ottersen, and M. Visbeck), pp. 211-234. Geophysical Monograph 134. American Geophysical Union, Washington DC.

Dutkiewicz, J., Krysinska-Traczyk, E., Skorska, C., Sitkowska, J., Prazmo, Z., Golec, M. (2001) Exposure to airborne microorganisms and endotoxin in herb processing plants. Ann Agric Environ Med 8, 201-211.

EBERT, U., ARRAYAS, M., TEMME, N., SOMMEIJER, B. & HUISMAN, J. 2001 Critical conditions for phytoplankton blooms. Bulletin of Mathematical Biology 63, 1095-1124.

Eilertsen, H.C. (1993) Spring blooms and stratification. Nature 363, 24.

Falkowski, P. G., Z. Kolber, D. Ziemann, and P. K. Bienfang (1991), Role of eddy pumping in enhancing primary production in the ocean, Nature, 352, 55- 58

Farge, M. (1992). Wavelet Transforms and their Applications to Turbulence, Ann. Rev. Fluid Mech., 24, 395-457

FRANKIGNOUL, C., G. COETLOGON, T.M. JOYCE & S.DONG 2001. Gulf Stream variability and oceanatmosphere interactions. Journal of Physical Oceanography 31: 3516-3528.

Gamage, N., and W. Blumen, 1993: Comparative analysis of low-level cold fronts: Wavelet, Fourier, and empirical orthogonal function decomposition. Mon. Wea. Rev., 121, 2867-2878.

GHOSAL, S. & MANDRE, S. 2003 A simple model illustrating the role of turbulence on phytoplankton blooms. Bulletin of Mathematical Biology 46, 333346.

Gower, J.F.R., Denman, K.L., and Holyer, R.J. (1980) Phytoplankton patchiness indicates the fluctuations spectrum of mesoscale oceanic structure. Nature 288, 157-159.

Gran, H.H. (1931) On the conditions for the production of plankton in the sea. Rapp. P.-v. Réun. Cons. Int. Explor. Mer. 75, 37-46.

Gregg, W.W. and N.W. Casey, 2004. Global and regional evaluation of the SeaWiFS chlorophyll data set. Remote Sensing of Environment 93: 463-479.

Gruber et al. 2009. Oceanic sources, sinks, and transport of atmospheric C02. GBC 23: GB1005,

Henson, S. A., J. P. Dunne, and J. L. Sarmiento (2009), Decadal variability in North Atlantic phytoplankton blooms, J. Geophys. Res., 114, C04013, doi: 10.1029/2008JC005139.

Hernandez, F. et al, 2001. Surface Moyenne Oceanique: Support Scientifique á la mission altimetrique Jason-1, et á une mission micro-satellite altimétrique. Contrat SSALTO 2945 - Lot2 - A.l. Rapport final n° CLS/DOS/NT/00.341, CLS, Ramonville St Agne.

Hill, K. L., I. S. Robinson, and P. Cipollini, "Propagation characteristics of extratropical planetary waves observed in the ATSR global sea surface temperature record", Journal of Geophysical Research - Oceans, v. 105(C9), pp. 21,927-21.945,2000.

Hoffman K., Intern S. Chlorophyll Fluorescence as a Biological Indicator of Primary Productivity. Monterey Bay Aquarium Research Institute. P.O. Box 628, Moss Landing, CA 95039. 2003.

Holligan, P.M., Pingree, R.D., and Mardell, G.T. (1985) Oceanic solitons, nutrient pulses and phytoplankton growth. Nature 314, 348-350.

Huisman, J., Van Oostveen, P. & Weissing, F.J. 1999 Critical depth and critical turbulence: Two different mechanisms for the development of phytoplankton blooms. Limnology and Oceanography 44 (7), 1781-1787.

Hurrell, J., Meehl, G.A., Bader, D., Delworth, T.L., Kirtman, B. and Wielicki, B. 2009. A unified modelling approach to climate system prediction. Bulletin of the American Meteorological Society, 90, 1819-1832.

Kawamiya, M. and Oschlies, A. (2001) Formation of a basin-scale surface chlorophyll pattern by Rossby waves. Geophys. Res. Lett. 28, 4139-4142.

Killworth, P.D., Cipollini, P., Uz, B.M., and Blundell, J.R. (2004) Physical and biological mechanisms for planetary waves observed in satellite-derived chlorophyll. J. Geophys. Res. 109 (C7), C07002; doi: 10.1029/2003JC001768.

Klein, B. and Siedler, G., 1989: On the origin of the Azores Current. Journal of Geophysical Research, 94, 6159-6168.

LAMAR Final Scientific Report. Working Project 3. Bashmachnikov, Belonenko, Cherkasheva, Foux, Koldunov, Azores, 2008. LAMAR-DRCT/FRCT- M2.1.2/F/008/2007

Legendre, L. (1981) Hydrodynamic control of marine phytoplankton production: the paradox of stability. In Ecohydrodynamics: Proceedings of the 12th International Liège Colloquium on Ocean Hydrodynamics (ed. J.C.J. Nihoul), pp. 191-207. Elsevier, Amsterdam.

Levy, M., P. Klein, and A. M. Treguier (2001), Impact of sub-mesoscale physics on production and subduction of phytoplankton in an oligotrophic regime, J. Mar. Res., 59, 535- 565

Levy, M., and P. Klein (2004), Does the low frequency variability of mesoscale dynamics explain a part of the phytoplankton and zooplankton spectral variability?, Proc. R. Soc. London, Ser. A, 460, 1673- 1687.

Li, W.K.W. (2002) Macroecological patterns of phytoplankton in the northwestern North Atlantic Ocean. Nature 419, 154-157.

Lyard F, Lefevre F, Letellier T, Francis O (2006) Modelling the global ocean tides: modern insights from FES2004. Ocean Dynamics 56: 394-415

Mahadevan, A., and D. Archer (2000), Modeling the impact of fronts and mesoscale circulation on the nutrient supply and biogeochemistry of the upper ocean, J. Geophys. Res., 105, 1209 - 1226

Mahadevan, A., and J. W. Campbell (2002), Biogeochemical patchiness at the sea surface, Geophys. Res. Lett., 29(19), 1926

Mahadevan, A., and A. Tandon (2006), An analysis of mechanisms for submesoscale vertical motion at ocean fronts, Ocean Modell., 14, 241- 256

Machu, E., Ferret, B., Garc-o, V., 1999. Phytoplankton pigment distribution from SeaWiFS data in the subtropical convergence zone south of Africa: a wavelet analysis. Geophysical Research Letters 26, 1469-1472.

MAILLY, T., E. BLAYO & J. VERRON 1997. Assessment of the ocean circulation in the Azores region as predicted by numerical model assimilating altimeter data from Topex/Poseidon and ERS-1 satellites. Annales Geophysicae 15: 1354-1368.

Mann K., Lazier J. 2005. Dynamics of Marine Ecosystems - Biological-Physical Interactions in the Oceans.

Maritorena, S., D.A. Siegel, Consistent merging of satellite ocean color data using a semi-analytical model, Remote Sensing of the Environment, 94, 429-440, 2005.

Maritorena, S., d'Andon, O.H.F., Mangin, A., Siegel, D.A., 2010. Merged Satellite Ocean Color Data products using a bio-optical model: characteristics, benefits and issues. Remote Sens. Environ. 114, 1791-1804.

Marshall, S.M. and Orr, A.P. (1928) The photosynthesis of diatom cultures in the sea. J. Mar. Biol. Assoc. 15, 321-364.

Martins, J. A., F. L. T. Gonc.alves, and M. A. F. Silva Dias (2004), Cloud condensation nuclei in clear and polluted atmospheric conditions in the Amazonian region, paper presented at 14th International Conference on Clouds and Precipitation, Int. Assoc. of Meteorol. and Atmos. Sci., Bologna, Italy.

McGillicuddy, D. J., and A. R. Robinson (1997), Eddy-induced nutrient supply and new production in the Sargasso Sea, Deep Sea Res., Part I, 44, 14271450

McGillicuddy, D. J., et al. (2007), Eddy/wind interactions stimulate extraordinary mid-ocean plankton blooms, Nature, 316, 1021-1026.

Mendon9a Filho, J.G., Araujo, C.V., Borrego, AG., Cook, A., Flores, D., Hackley, P., Hower, J.C., Kern, M.L., Kommeren, K., Kus, J., Mastalerz, M., Mendonfa, J.O., Menezes, T.R., Newman, J., Ranasinghe, P., Souza, I.V.A.F., Suarez-Ruiz, I. & Ujiie, Y. 2010b. Effect of concentration of dispersed organic matter on optical maturity parameters: Interlaboratory results of the organic matter concentration working group of the ICCP. International Journal of Coal Geology 84(3-4), 154-165.

Meyers, S.D., B.G. Kelly, and J.J. O'Brien, 1993: An introduction to wavelet analysis in oceanography and meteorology: With application to the dispersion of Yanai waves. Mon. Wea. Rev., 121, 2858-2866.

Morel and Berthon. Surface pigments, algal biomass profiles, and potential production of the euphotic layer: Relationships reinvestigated in view of remote sensing applications. (1989) Limnol.Oceanogr. 34: 1541-1564.

O'Reilly, J.E., S. Maritorena, B.G. Mitchell, D.A. Siegel, K.L. Carder, S.A.Garver, M. Kahru, and C. McClain, 1998: Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS, J. Geophys. Res., 103, 24,937-24,953.

Oschlies, A., 2002: Improved representation of upper-ocean dynamics and mixed layer depths in a model of the North Atlantic on switching from eddy-permitting to eddyresolving grid resolution. J. Phys. Oceanogr., 32, 2277-2298.

Owens, W. Brechner, and Nelson G. Hogg, 1980. Oceanic observations of stratified Taylor columns near a bump. Deep-Sea Research, 27, 1029-1045.

Parsons, T.R.; Maita, Y.; Lalli, C.M. (1984). A manual of chemical and biological methods for seawater analysis. Pergamon Press: Oxford, UK, 173 pp.

Petersen, J.E., Sanford, L.P., and Kemp, W.M. (1998) Coastal plankton responses to turbulent mixing in experimental ecosystems. Mar. Ecol. Prog. Ser. 171,23-41.

Pérez V, Fernández E, Marañón E, Morán XAG, Zubkov MV. (2006). Vertical distribution of phytoplankton biomass, production and growth in the Atlantic subtropical gyres. Deep-Sea Res I 53: 1616-1634.

Pingree, R.D., C. Garcia-Soto, and B. Sinha, 1999: Position and structure of the Subtropical/Azores Front region from combined Lagrangian and remote sensing (IR/altimeter/SeaWiFS) measurements. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 79, 769-792.

Piatt, T., Woods, J.D., Sathyendranath, S., and Barkmann, W. (1994) Net primary production and stratification in the ocean. In The Polar Oceans and Their Role in Shaping the Global Environment (ed. D.M. Johannesen, R.D. Muench, and D.E. Overland), pp. 247-254. Geophysical Monograph 85. American Geophysical Union. Washington, DC.

Provenzale, A. (1999), Transport by coherent barotropic vortices, Annu. Rev. Fluid Mech., 31, 55-93

Richer, W. E. 1954. Stock and recruitment. J. Fish. Res. Board Can. 11:559623

Rodriguez, J. and 9 other authors (2001) Mesoscale vertical motion and the size structure of phytoplankton in the ocean. Nature 410, 360-363.

Pozo-Vázquez, D., M.J. Esteban-Parra, F.S. Rodrigo and Y. Castro-Diez (2000) An analysis of the variability of the North Atlantic Oscillation in the time and the frequency domains. Int. J. Climatol. 20, 1675-1692.

Siegel, D. A., E. Fields, and D. J. McGillicuddy Jr. (1999), Mesoscale motions, satellite altimetry and new production in the Sargasso Sea, J. Geophys. Res., 104

Storz, D., Schulz, H., Waniek, J.J, Schulz-Bull, D.E, Kucera, M. (2009): Seasonal and interannual variability of the planktic foraminiferal flux in the vicinity of the Azores Current. Deep-Sea Research I, 56(1), 107-124

Subrahmanyam, B, D.M. Heffner, D. Cromwell, and J.F. Shriver (2009), Detection of Rossby waves in multi-parameters in multi-mission satellite observations and HYCOM simulations in the Indian Ocean, Remote. Sens. Env, 113, 1293-1303.

Sverdrup, H.U. (1953) On conditions for the vernal blooming of phytoplankton. J. Cons. Perm. Int. Exp. Mer. 18, 287-295.

Taylor J. R. and Ferrari R. (2011). Shutdown of turbulent convection as a new criterion for the onset of spring phytoplankton blooms. Limnol. Oceanogr, 56(6), 2293-2307

Teira, E, B. Mouriño, E. Marañón, V. Pérez, M.J. Pazó, P. Serret, D. de Armas, J. Escánez, E.M.S. Woodward and E. Fernández.-2005. Variability of chlorophyll and primary production in the Eastern North Atlantic Subtropical Gyre: potential factors affecting phytoplankton activity. Deep-Sea Res. I, 52: 569588.

Tilstone, G.; Smyth, T.; Poulton, A. & Huston, R. (2009). Measured and remotely sensed estimates of primary production in the Atlantic Ocean from 1998 to 2005. Deep-Sea Research II, Vol.56, pp. 918-930

Tokmakian, R.T. and P.G. Challenor, 1993: Observations in the Canary Basin and the Azores frontal region using GEO SAT data. Journal of Geophysical Research, 98, 4761-4773.

Uz, B.M., Yoder, J.A., and Osynchny, V. (2001) Pumping of nutrients to ocean surface waters by the action of propagating planetary waves. Nature 409, 587-600.

Verhulst P. F. Notice sur la loi que la population suit dans son accroissement. //Corr.Math.Phys., 1838, Vol. 10, P. 113-121.

Wang, B., and Y. Wang, 1996: Temporal structure of the southern oscillation as revealed by waveform and wavelet analysis. J. Climate, 9, 15861598.

Weng, H., and. K.-M. Lau, 1994: Wavelet, period doubling, and time-frequency localization with application to organization of convection over the tropical western Pacific J. Atmos. Sci., 51, 2523-2541.

Williams, P.J. le B.; Thomas, D.N. & Reynolds, C.S. (2002). Phytoplankton Productivity, Blackwell Science, ISBN0-632-05711-4, Oxford, UK

Woods, J.D. (1988) Scale upwelling and primary production. In Towards a Theory on Biological-Physical Interactions in the World Ocean (ed. B.J. Rothschild), pp. 7 38. Kluwer, Dordrecht.