CURRENT STATEOF THE RUSSIAN MARINE ECOSYSTEM MONITORING

FOR THE WHITE SEA

N. FILATOV (NWPI KRC RAS, Petrozavodsk)

D. POZDNYAKOV (NIERSC, S.-Petersburg)

I. NEELOV (AARI, S.-Petersburg) 

1

Район исследований

Основное научное направление работ Разработка теории эволюции озерно-

речных и морских систем Севера России с учетом изменений климата и

интенсификацией разработки природных ресурсов для устойчивого развития

региона.

6

Изменения климата и водные ресурсы

Изменения и изменчивость климата в регионеБелого моря оценены по:

• данным вероятностного анализа длительных гидрометорологических наблюдений

• результатам моделирования на модели ECHAM-4 по сценариям IPCC с удвоением СО2 и увеличением концентрации аэрозолей

Работы этого цикла выполнены совместно с Институтом метеорологии Макс-Планка, Германия

42

•Ставилась задача оценить изменения климатических параметров (температура воздуха, осадки, солнечная радиация) за период инструментальных наблюдений.

•Особенности изменения элементов водного баланса (ЭВБ - речной сток, суммарное испарение, испаряемость), колебания уровня воды озер, ледяного покрова.

•Важной является проблема выявления ответной реакции элементов водного баланса, гидрологических характеристик и экосистемы водоемов.

•Выполнены численные эксперименты на МКГ ECHAM4 для разных возможных сценариев развития на период 2000-2050 гг.

•

•

•

Глобальная (1) и региональная (2) температура воздуха за период 1856-2000 гг (в аномалиях по отношению к

периоду 1961-1990 гг)

+0,5 oC/100 years for 1880-2000

T = ±0,6 oC

+0,4 oC/100 years for 1880-2000

T = ±2,8 oC

ИВнутривековая изменчивость осадков (Р), рречного стока (R) и суммарного испарения (Е)

ппо скользящим 15-летиям

240

260

280

300

320

340

360

380

400

400

450

500

550

600

650

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

P = 568+0,13t

R = 296+0,18t

E = 272-0,06t

P, mm R, E, mm

Сеточная область модели климатаECHAM-4

43 N

Оценка возможных изменений климата в регионе Белого моря (температура воздуха и осадки,

сценарии G и GA)44

Изменение приземной температуры воздуха в 1950-1999 и рассчитанной по данным модели ECHAM-4

(2000-2050) по двум сценариям

45

• В соответствии с численной моделью (ЕСНАМ4) в 2000-2050 гг. в изучаемом районе возможны заметные изменения основных характеристик климата

• Суммарный речной сток с территории Карелии в новых климатических условиях может уменьшиться с 319 (в настоящее время) до 286-287 мм

• Последствия таких изменений основных характеристик климата и элементов водного баланса могут быть как позитивными, так и негативными.

Ресурсы Белого моря

Исследования ИВПС основывались на

Оценке состояния моря: •по данным анализа длительных наблюдений;•по результатам комплексных наблюдений с судов, гидрометстанций, спутников;•с использованием системного подхода на базе математического моделирования.

Изучение фундаментальных проблем моря обусловлено• глобальными климатическими изменениями• эволюцией экосистемы• антропогенными факторами

5

Собрана информация доступных океанографических,

гидрологических, экономико-географических данных из

разных источников:архивов NASA, ИКИ, ЗИН,

ИВПС, ААНИИ, Росгидромета, специализированных атласов,

монографий и др.

8

ИВПС выполнены многолетние ИВПС выполнены многолетние гидрологиченские исследования в разные гидрологиченские исследования в разные

сезонысезоны

9

По данным длительных наблюдений выявленатенденция увеличения температуры воды и солености

13

Исследована многолетняя динамика притока речных вод с водосбора в Белое море

за период инструментальных наблюдений

14

По данным длительных измерений оценена эволюция температуры воды по вертикали и во времени.

Результаты использовались для калибрациимоделей термогидродинамики

15

Подробно исследован комплекс процессов в эстуариях, особенности обменных процессов

эстуариев и открытого моря

Выполнены химико-биологические и биохимические исследования

18

Собраны и проанализированы данные со спутников:

• НОАА, за 20 лет• SeaWifs,

• ERS, • Ресурс-01.

Обнаружены закономерности проявления апвеллингов, фронтальных зон,

мезомасштабных вихревых неоднородностей.

19

Выполнены подспутниковые Выполнены подспутниковые измерения с НИС «Эколог»:измерения с НИС «Эколог»:

концентрации хлорофилла-а,концентрации хлорофилла-а,

растворенного органического вещества,растворенного органического вещества,

минеральной взвеси,минеральной взвеси,

цвета, прозрачности моря,цвета, прозрачности моря,

температуры и солености воды,температуры и солености воды,

биогенных элементовбиогенных элементов

20

Выполнены постановки АБС с измерением течений, температуры воды, колебаний уровня моря в

прибрежной зоне и в устьях рек Онега, Кемь, Кереть

21

Для решения задач атмосферной коррекции выполнены специальные измерения температуры

воды бортовым ИК-радиометром (а) и со спутника НОАА (б)

а б

24

Seasonal variations of SST in White Sea Типичные карты температуры воды для разных сезонов

25

Сравнение измерений температуры воды с судна и со спутника

29

Мониторинг динамики ледяного покрова со спутника NОАА. Эти данные использовались для

калибрации модели термогидродинамики

30

Измерения хлорофилла –а, РОВ И МВ с борта судна флуориметром «Квант» (а) и со спутника SeaWifs (б).

Показана необходимость непрерывных измерений этих параметров

Совместные исследования в Онежском заливе с ММБИ

а б

31

Пример распределения концентрации хлорофилла-а на поверхности моря. По этим

данным возможно оценить первичную продукцию моря

32

ИВПС принял участие в разработке и наполнении

Информационно-справочной системы«Белое море»

Автор В.В.Растоскуев SRCES, St.-Petersburg, RUSSIA

“WHITESEA” PROGRESS MEETING EC INCO-Copernicus project ICA2-CT-2000-10014

36

Пример пользовательского интерфейсаПример пользовательского интерфейса39

Система для работы с данными Система для работы с данными спутниковых наблюденийспутниковых наблюдений

30oC

20oC

10oC

0oC

30oC

20oC

10oC

0oC

40

Результаты вероятностного анализа данных длительных наблюдений показано, что:по натурным данным за последние 40 лет, в регионе возросла температура воды на 1,5 С , а соленость Белого моря на 1 промилле.

По данным моделирования климата в регионе В результате изменений климата за последующие 50 лет средняя температура воздуха изменится с –0,7 до + 2 C, а среднее количество осадков возрастет с 461 до 482-486 mm. При этом из-за изменения соотношения осадки-испарение уменьшится на 1-5 % речной сток (водный)• Наблюдаемое сейчас увеличение солености подтверждает эти тенденции

46

•Проведены расчеты при разных сценариях изменений климата и антропогенных воздействиях

Основной автор раздела И.А.Неелов

Моделирование экосистемы моря.• ИВПС выполнил настройку,• калибрацию и верификацию математической моделиЭкосистемы Белого моря,

47

Показано, что для моделирования экосистемы Белого моря важен учет приливных движений.

Динамика захваченных волн Кельвина, генерированных приливами (И.А.Неелов)

49

3D-ГидродинамическаяМодель

Модель льдаХимико-

Биологическийблок

Атмосферные

воздействия.NCEP

Водообмен с Баренцевым морем

Речнойсток

Блок-схема 3-D модели экосистемы моря (авт. И.А.Неелов, О.П.Савчук )

50

53

3 4 3 6 3 8 4 0 4 2 4 4

l o n g i t u d e ° E

6 4

6 5

6 5

6 6

6 6

6 7

6 7

latit

ude

°N1 0 c m /s

a

Впервые выполнено моделирование температуры воды, течений моря на трехмерной климатической модели с учетом приливов. На Рис. показаны течения на поверхности моря за 1948-2000 г.г.

53

location Observed phase (degree)

Modeled phase (degree)

Observed Amplitude (cm)

Modeled Amplitude (cm)

Kandlaksha

Gridino

Kem

Onega

Solovky

Arhangelsk

120

122

174

282

152

155

130

129

159

284

168

150

68

62

52

110

45

39

65

48

49

84

44

32

3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4

L o n g i t u d e ° E

6 4

6 5

6 5

6 6

6 6

6 7

6 7

Lat

itud

e °N

0

3 0

6 0

9 0

1 2 0

1 5 0

1 8 0

2 1 0

2 4 0

2 7 0

c m

 

Рассчитана амплитуда

приливных волн(М2)

54

3 4 3 6 3 8 4 0 4 2 4 4

L o n g i t u d e ° E

6 4

6 5

6 5

6 6

6 6

6 7

6 7

Lat

itude

°N

0 .2

0 .4

0 .6

0 .8

1 .0

1 .2

1 .4

1 .6

1 .8

2 .0

m e te ra

3 4 3 6 3 8 4 0 4 2 4 4

L o n g i t u d e ° E

6 4

6 5

6 5

6 6

6 6

6 7

6 7L

atit

ude

°N

0 .2

0 .4

0 .6

0 .8

1 .0

1 .2

1 .4

1 .6

1 .8

2 .0

b m e te r

Рассчитана толщина ледяного покрова с

учетом приливов (а) и без них (б) .

Выполнено сравнениеледяного покрова по

данным моделирования,

натурным измерениям и спутниковым

данным

55

ВыводыN        Выполнены комплексные исследования по оценке

состояния экосистемы моря        - Показано, что по сравнению с предыдущим десятилетием

состояние экосистемы моря относительно стабильное. Нет больших изменений в химико-биологическом режиме (биогенные элементы, тяжелые металлы, содержание

кислорода, фитопланктон, зоопланктон, зообентос, рыбы и др.)         По данным наблюдений выявлено небольшое увеличение

температуры воды и солености воды за последние 40 лет. Однако обусловлено оно может быть естественной

изменчивостью климата.

68

По результатам имитационного моделирования экосистемы установлено, что изменение концентрации биогенных

элементов в речном стоке не приводит к существенным изменениям экосистемы Белого моря (фито- и зоопланктона).

•Уменьшение речного стока на 1-5 % при возможном потеплении климата в последующие 50 лет.

•По данным моделирования климата по сценариям IPСС показаны особенности изменение температуры воды, водного баланса, речного

стока, что может привести к уменьшению средней толщины льда зимой на 10 см, увеличению средней солености моря нa 1 промилле и

возрастанию толщины летнего термоклина.

Однако, существенных изменений рассматриваемых элементов системы при указанных климатических и антропогенных воздействиях по данным моделирования не отмечается.

69

 • Белое море обладает целым рядом специфических особенностей,

включая и достаточно чистую воду, высокую ее прозрачность, низкий уровень эвтрофирования и загрязнения, относительно высокую

проточность, благоприятствующих развитию марикультуры, рыб, моллюска мидии, водорослей.

•Для охраны, рационального использования ресурсов Белого моря, в особенности литоральной зоны, эстуариев необходимо

продолжить комплексный мониторинг и разработку нормативной документации по рациональному природопользованию на Белом море. Эта задача из чисто научно-исследовательской становится

государственной. 

70

Dynamiсs of White Sea ecosystems

Springer-Praxis Series in Polar Sea Oceanography

N. Filatov, O. Johannessen, D. Pozdnyakov, L. Pettersson, L. Bobylev (Editors)

SpringerPraxis

По результатам комплексных системных исследований по проекту ИНКО-Коперникус в готовится монография на английском языке

71

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ!