Масштабный анализ за 26 лет подтвердил связь глобального потепления и цветения морей Арктики
Ученые из Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и МФТИ проанализировали изменения концентрации хлорофилла и температуры поверхности Баренцева и Карского морей. Были обработаны снимки со спутниковых сканеров цвета за последние 26 лет. Это поможет прогнозировать климатические аномалии.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса».
На качество и температуру воздуха, в том числе на содержание в нем парниковых газов, которые являются одной из причин глобального потепления, влияют процессы природного и техногенного характера, происходящие на суше и в воде. Значимую роль играют особенности жизненного цикла фитопланктона. Так именуют мелкие водоросли, которые населяют верхний, освещаемый солнцем слой воды и переносятся ее течением.
Благодаря зеленому пигменту — хлорофиллу, фитопланктон способен к фотосинтезу. Из углекислого газа и воды в растительных клетках образуются органические соединения. Химическая реакция протекает с использованием солнечной энергии и выделением кислорода. Стоит отметить, что более 50 % атмосферного кислорода синтезирует именно фитопланктон, а от продуктивности некоторых его видов напрямую зависит, какую долю солнечной радиации водная поверхность поглощает и отражает. Это соотношение, в свою очередь, определяет температуру поверхности моря.
Фитопланктон — своего рода индикатор экологических проблем. Загрязнение водных объектов может привести к исчезновению фитопланктона либо, наоборот, к излишнему его развитию, за которым закрепился благозвучный термин — «цветение» воды. Следствием обоих случаев станет нарушение природного круговорота веществ и энергии. Наблюдение за динамикой численности и биомассы фитопланктона позволит спрогнозировать возможные климатические изменения и пути смягчения их последствий.
Ученые из ИО РАН и МФТИ исследовали временные зависимости биооптических характеристик Баренцева и Карского морей. Под биооптическими характеристиками понимают величины, отражающие взаимосвязь между оптическими свойствами водной среды и жизнедеятельностью обитающих в ней организмов. К оптическим свойствам, прежде всего, относят коэффициент яркости моря, определяющий цвет выходящего из толщи воды излучения. Окрашивание обусловлено наличием в воде примесей различного происхождения, в том числе фитопланктона и следов его существования.
В ходе работы ученые проанализировали изображения морей, которые получены с 1998 по 2024 год со сканеров цвета, установленных на спутниках Земли. По снимкам были определены коэффициенты яркости моря. Узнав эти величины, ученые вычислили биооптические характеристики — содержание кокколитофорид и хлорофилла а в воде. Кокколитофорида — это одноклеточная водоросль, покрытая, словно панцирем, известковыми пластинками. Хлорофилл а — одна из форм пигмента.
Рисунок 1. Динамика концентрации хлорофилла а Хл (слева) и кокколитофорид Ncoc (справа) в среднем субрегионе Баренцева моря: линейные тренды (синие прямые), скользящее среднее (зеленые штрихи), результаты сингулярного спектрального анализа (красные кривые) / © журнал «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Обработку временных рядов проводили методом гармонического, сингулярного, спектрального и регрессионного анализа. При гармоническом анализе ученые представляли ряды биооптических характеристик в виде рядов Фурье, то есть как сумму тригонометрических функций. Сингулярный спектральный анализ осуществлялся путем разложения исходных рядов на отдельные слагаемые: медленно меняющуюся компоненту, периодическое слагаемое и остаток (шум). С помощью квантильной регрессии ученые исследовали зависимость выборки от времени. Объем выборки составлял 10 % наибольших значений биооптических характеристик. Применение такого вычислительного метода обусловлено тем, что происходящие в Арктике изменения климата приводят не только к потеплению, но и к учащению интенсивных «цветений» фитопланктона.
«Сотрудники нашей Лаборатории составили Атлас биооптических характеристик российских морей, — объяснил Дмитрий Глуховец, заведующий Лабораторией оптики океана ИО РАН и доцент кафедры термогидромеханики океана МФТИ. — Для обработки данных со спутниковых сканеров цвета мы используем оригинальные алгоритмы, которые разработаны нами на основе результатов многолетних судовых измерений, выполненных в исследуемых регионах».
Установлено, что в среднем субрегионе Баренцева моря, находящемся под влиянием Норвежского течения, количество хлорофилла а резко возрастает раз в полгода (Рисунок 1), а кокколитофорид — раз в год. Помимо этого обнаружены колебания концентрации пигмента с периодом 6-7 лет.
Рисунок 2. Динамика концентрации хлорофилла а Хл (слева) и температуры поверхности моря ТПМ (справа) в юго-западном субрегионе Карского моря: линейные тренды (синие прямые), результаты сингулярного спектрального анализа (красные кривые) / © «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
В Карском море данные наблюдений не дают возможности выделить основную частоту многолетних колебаний концентрации хлорофилла а. Температура поверхности моря растет, в среднем, на 0,058–0,098°C в год (Рисунок 2).
«Тенденция роста температуры поверхности изучаемых морей соответствует представлениям о происходящих в Арктике климатических изменениях», — добавил Дмитрий Глуховец.
Дальнейшая работа ученых будет направлена на уточнение границ акваторий, наиболее показательных для анализа межгодовой изменчивости биооптических характеристик.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно