Зимний пик цветения фитопланктона в Севастопольской бухте по результатам численного моделирования

К. А. Слепчук*, Т. В. Хмара

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: skira@mhi-ras.ru

Аннотация

В работе воспроизводится зимний пик цветения фитопланктона в Севастопольской бухте с помощью трехмерной модели качества вод МЕССА с использованием метеоданных за январь 2003 г. Воспроизведена детальная динамическая картина изменчивости течений, температуры, солености, концентрации биомассы фитопланктона и фосфора фосфатов. Показано образование антициклонической вихревой ячейки в центральном районе бухты, которое привело к увеличению концентрации фосфора фосфатов и цветению фитопланктона в этом районе. Максимум цветения фитопланктона (0.056 гС/м3) наблюдался 23 января в центральном районе, затем максимальная концентрация биомассы снизилась до 0.047 гС/м3 в центральном и восточном районах бухты. Также прослеживается уменьшение концентрации фосфора фосфатов от максимальных 0.0085 гP/м3 10 января до 0.0049 гP/м3 23 января в центральном районе бухты. Концентрация биомассы фитопланктона растет до 23 января, а затем снижается, концентрация фосфора фосфатов снижается на протяжении всего расчетного периода. Оценки, полученные в ходе численного моделирования, в целом соответствуют данным наблюдений. Выполненное исследование может служить основой для развития и применения модельного подхода к мониторингу и управлению экосистемными процессами в мелководных водоемах. С помощью данной модели можно рассчитать различные сценарии эвтрофирования бухты при сбросах в нее биогенных веществ.

Ключевые слова

биомасса фитопланктона, цветение фитопланктона, биогеохимическое моделирование, гидродинамическая модель, Севастопольская бухта

Благодарности

Авторы выражают благодарность доктору географических наук Елене Евгеньевне Совге за обсуждение рукописи и ценные замечания. Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № FNNN-2021-0005 «Прибрежные исследования».

Для цитирования

Слепчук К. А., Хмара Т. В. Зимний пик цветения фитопланктона в Севастопольской бухте по результатам численного моделирования // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 2. С. 91–104. EDN PLLXAZ. doi:10.29039/2413-5577-2023-2-91-104

Slepchuk, K.A. and Khmara, T.V., 2023. Winter Peak of Phytoplankton Bloom in Sevastopol Bay according to Numerical Modeling. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (2), pp. 91–104. doi:10.29039/2413-5577-2023-2-91-104

DOI

10.29039/2413-5577-2023-2-91-104

Список литературы

  1. Современное состояние и тенденции изменения экосистемы Севастопольской бухты / Е. В. Павлова [и др.] // Акватория и берега Севастополя: экосистемные процессы и услуги обществу. Севастополь : Аквавита, 1999. С. 70–94.
  2. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.]. Севастополь : МГИ НАНУ, 2006. 90 с. URL: http://mhi-ras.ru/assets/files/gidrologo-gidrohimicheskij_rezhim_sevastopolskoj_buhty_2006.pdf (дата обращения: 17.05.2023).
  3. Любарцев В. Г., Любарцева С. П. Конструирование двумерных экологических моделей класса реакция-диффузия // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. Вып. 16. С. 314–322. EDN YUNNVN.
  4. Филиппова Т. А., Васечкина Е. Ф., Кубряков А. И. Численное моделирование химико-биологических процессов в прибрежной зоне моря // Актуальные вопросы рыболовства, рыбоводства (аквакультуры) и экологического мониторинга водных экосистем. Ростов-на-Дону. 11–12 декабря 2018 г. Ростов-на-Дону : Изд-во ФГБНУ «АзНИИРХ», 2018. С. 357–361. URL: http://aquacultura.org/upload/files/pdf/library/conf/Конференция АзНИИРХ_2018.pdf (дата обращения: 17.05.2023).
  5. Слепчук К. А., Хмара Т. В. Использование оптимизационного метода в калибровке биогеохимической модели // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. № 2. С. 90–97. EDN WPIONE.
  6. Слепчук К. А., Хмара Т. В., Маньковская Е. В. Сравнительная оценка уровня трофности Севастопольской и Южной бухт с использованием индекса E-TRIX // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 5. С. 67 –78. EDN ZQKYZT. doi:10.22449/0233-7584-2017-5-67-78
  7. Slepchuk K. A. Comparative Analysis of Eutrophication Level of the Sevastopol Bay Areas Based on the Results of E-TRIX Index Numerical Modeling // Processes in GeoMedia. Vol. I. Springer Cham. P. 101–107. https://doi.org/10.1007/978-3-030-38177-6_12
  8. Совга Е. Е., Мезенцева И. В., Хмара Т. В. Моделирование сезонной изменчивости гидродинамического режима Севастопольской бухты и оценки самоочистительной способности ее экосистемы // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 2. С. 110–123. EDN AWWRHN. doi:10.48612/fpg/92ge-ahz6-n2pt
  9. Иванов В. А., Тучковенко Ю. С. Прикладное математическое моделирование качества вод шельфовых морских экосистем. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. 386 c.
  10. Тучковенко Ю. С. Трехмерная математическая модель качества вод Днепровско-Бугского приустьевого района северо-западной части Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2005. Вып. 12. С. 374–391. EDN YUCGCK.
  11. Экологическая оценка современного состояния вод в районе взаимодействия Севастопольской бухты с прилегающей частью моря / Е. А. Куфтаркова [и др.] // Морской экологический журнал. 2006. Т. 5, № 1. С. 72–91. EDN UJLDSN.
  12. Кубряков А. И., Белокопытов В. Н., Пряхина С. Ф. Диагностические расчеты климатической зимней и летней циркуляции в Севастопольской бухте // Труды Государственного океанографического института. 2019. № 220. С. 189–208. EDN HJJGAF.
  13. Лопухина О. А., Манжос Л. А. Фитопланктон Севастопольской бухты (Черное море) в теплый и холодный периоды 2001–2002 гг. // Экология моря. 2005. Т. 69. С. 25–31. EDN UMCNDJ.
  14. Биологическое разнообразие фитопланктона прибрежной зоны Черного моря в районе Севастополя (2001–2003 гг.) / И. Г. Поликарпов [и др.] // Современное состояние биоразнообразия прибрежных вод Крыма / В. Н. Еремеев, А. В. Гаевская. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. С. 16–42.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)