Сезонная изменчивость содержания CO₂ в поверхностном слое вод Черного моря и интенсивности обмена с атмосферой по данным биогеохимического реанализа

Е. М. Лемешко*, М. В. Цыганова, Е. Е. Лемешко

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: evgeny.lemeshko@mhi-ras.ru

Аннотация

Исследована сезонная и межгодовая пространственная изменчивость равновесного парциального давления углекислого газа pCO₂ в поверхностном слое вод Черного моря и потока углекислого газа FCO₂ на поверхности раздела атмосфера – море на основе данных биогеохимического реанализа. Измерения in situ за 2015–2024 гг. использовали для валидации данных реанализа и сопоставления сезонного хода pCO₂ и FCO₂. Дополнительно сопоставляли значения pCO₂ по данным реанализа в приводном слое атмосферы с инструментальными измерениями. Сезонные циклы осредненного по полигону потока FCO₂ и равновесного парциального давления в приповерхностном слое моря по данным инструментальных наблюдений и биогеохимического реанализа совпадают в пределах 95%-ных доверительных интервалов, за исключением летнего сезона для pСО₂. Между рассматриваемыми параметрами установлены статистически значимые регрессионные соотношения (p < 0.001), в результате по данным реанализа получены новые представления о сезонной изменчивости pCO₂ и FCO₂ во всей акватории моря. Это особенно актуально, когда отсутствуют данные наблюдений в зимний и весенний периоды и ограничен район проведения экспедиций. На сезонную изменчивость pСО₂ и FСО₂ основное влияние оказывает температура воды и разность парциальных давлений СО₂ между морем и атмосферой. Распределение pСО₂ и FСО₂ на шельфе и в прибрежной зоне моря показывает значительное влияние апвеллингов у Крыма и речных плюмов на сезонную динамику FСО₂.

Ключевые слова

парциальное давление углекислого газа, pСО₂, поток углекислого газа, FСО₂, сезонный цикл pСО₂, сезонный цикл FСО₂, температура воды, соленость, плюм, апвеллинг, Черное море, региональный климат СО₂

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме FNNN-2024-0016 «Исследование пространственно-временной изменчивости океанологических процессов в береговой, прибрежной и шельфовых зонах Черного моря под воздействием природных и антропогенных факторов на основе контактных измерений и математического моделирования» (шифр «Прибрежные исследования»).

Информация об авторах

Лемешко Евгений Михайлович, ведущий научный сотрудник, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат физико-математических наук, ORCID ID: 0000-0003-4676-1940, SPIN-код: 3836-5786, ResearcherID: S-7815-2018, evgeny.lemeshko@mhi-ras.ru

Цыганова Марина Владимировна, младший научный сотрудник, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), ORCID ID: 0000-0003-2398-1756, SPIN-код: 2256-0620, ResearcherID: S-5426-2018, m.tsyganova@mhi-ras.ru

Лемешко Егор Евгеньевич, научный сотрудник, Морской гидрофизический институт РАН (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0001-5612-000X, SPIN-код: 7313-4819, ResearcherID: C-5691-2016, Scopus Author ID: 57205681264, e.lemeshko@mhi-ras.ru

Для цитирования

Лемешко Е. М., Цыганова М. В., Лемешко Е. Е. Сезонная изменчивость содержания CO₂ в поверхностном слое вод Черного моря и интенсивности обмена с атмосферой по данным биогеохимического реанализа // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2026. № 3. С. 38–55. EDN UWSOMY.

Lemeshko, Е.M., Tsyganova, M.V. and Lemeshko, Е.E., 2026. Seasonal Variability of CO₂ Content in the Surface Layer of the Black Sea Waters and the Intensity of Exchange with the Atmosphere According to Biogeochemical Reanalysis Data. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 38–55.

Список литературы

  1. Canadell J. G., Monteiro P. M. S., Costa M. H., Cotrim da Cunha L. et al. Global carbon and other biogeochemical cycles and feedbacks // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / edited by V. P. Masson-Delmotte [et al.]. New York, NY, USA ; Cambridge, United Kingdom : Cambridge University Press, 2023. P. 673–816. https://doi.org/10.1017/9781009157896.007
  2. _Landschützer P., Laruelle G. G., Roobaert A., Regnier P. _A uniform pCO₂ climatology combining open and coastal oceans // Earth System Science Data. 2020. Vol. 12, iss. 4. Р. 2537–2553. EDN HZNUIS. https://doi.org/10.5194/essd-12-2537-2020
  3. Fay A. R., Gregor L., Landschützer P., McKinley G. A. et al. SeaFlux: harmonization of air–sea CO2 fluxes from surface pCO₂ data products using a standardized approach // Earth System Science Data. 2021. Vol. 13, iss. 10. Р. 4693–4710. EDN QYJKNR. https://doi.org/10.5194/essd-13-4693-2021
  4. Gregor L., Shutler J., Gruber N. High‐resolution variability of the ocean carbon sink // Global Biogeochemical Cycles. 2024. Vol. 38, iss. 8. e2024GB008127. https://doi.org/10.1029/2024GB008127
  5. Roobaert A., Laruelle G. G., Landschützer P., Gruber N. et al. The spatiotemporal dynamics of the sources and sinks of CO₂ in the global coastal ocean // Global Biogeochemical Cycles. 2019. Vol. 33, iss. 12. P. 1693–1714. https://doi.org/10.1029/2019GB006239
  6. Хоружий Д. С. Изменчивость потока СО₂ на границе раздела вода – атмосфера в прибрежных водах Черного моря на разных масштабах времени в 2010–2014 гг. // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 5. С. 434–445. EDN YMQLZJ. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-5-434-445
  7. Медведев Е. В., Моисеенко О. Г., Хоружий Д. С. Многолетние изменения карбонатной системы Черного моря с 1932 по 2010 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2013. Вып. 27. С. 318–321. EDN VBFSCR.
  8. Коновалов С. К., Орехова Н. А. Новые представления о содержании СО₂ в поверхностном слое вод Черного моря по данным прямых измерений // Доклады Российской академии наук. Науки о земле. 2024. Т. 518, № 2. С. 335–342. EDN FFTINA. https://doi.org/10.31857/S2686739724100155
  9. Сергеев Д. А., Троицкая Ю. И., Ермакова О. С., Орехова Н. А. Исследование связи между парциальным давлением углекислого газа и температурой морской поверхности в циклических сезонных вариациях в Черноморском регионе // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 6. С. 805–820. EDN NODXEW.
  10. Орехова Н. А., Медведев Е. В., Мукосеев И. Н., Гармашов А. В. Поток СО₂ на границе с атмосферой в северо-восточной части Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 1. С. 57–67. EDN GNFAZA.
  11. DeVries T. Atmospheric CO₂ and sea surface temperature variability cannot explain recent decadal variability of the ocean CO₂ sink // Geophysical Research Letters. 2022. Vol. 49, iss. 7. e2021GL096018. EDN CRFNHO. https://doi.org/10.1029/2021GL096018
  12. Bai Y., Cai W.-J., He X., Zhai W. et al. A mechanistic semi-analytical method for remotely sensing sea surface pCO₂ in river-dominated coastal oceans: A case study from the East China Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 3. Р. 2331–2349. https://doi.org/10.1002/2014JC010632
  13. Цыганова М. В., Лемешко Е. М., Фомин В. В., Рябцев Ю. Н. Моделирование распространения речного плюма в прибрежной зоне бесприливного моря // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 5. С. 658–680. EDN ZJJIJC.
  14. Hales B., Takahashi T., Bandstra L. Atmospheric CO₂ uptake by a coastal upwelling system // Global Biogeochemical Cycles. 2005. Vol. 19, iss. 1. GB1009. EDN MHOPDX. https://doi.org/10.1029/2004GB002295
  15. Станичная Р. Р., Станичный С. В. Апвеллинги Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 4. С. 95–207. EDN BNEFXX. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-4-195-207
  16. Хоружий Д. С. Использование приборного комплекса AS-C3 для определения парциального давления углекислого газа и концентрации неорганического углерода в морской воде // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. Вып. 23. С. 260–272. EDN WLBMPX.
  17. Толокнов Ю. Н., Коровушкин А. И. Система сбора гидрометеорологической информации // Системы контроля окружающей среды. 2010. Вып. 13. С. 50–53.
  18. Wanninkhof R. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean revisited // Limnology and Oceanography: Methods. 2014. Vol. 12, iss. 6. P. 351–362. https://doi.org/10.4319/lom.2014.12.351
  19. Орехова Н. А., Корчёмкина Е. Н., Медведев Е. В., Мукосеев И. Н. Изменчивость параметров карбонатной системы поверхностного слоя вод северной части Черного моря в период «цветения» кокколитофорид // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2025. № 3. С. 25–40. EDN VCOCEY.
  20. Maier M.-S., Canning A. R., Brennwald M. S., Teodoru C. R. et al. Spatial mapping of dissolved gases in the Danube Delta reveals intense plant-mediated gas transfer // Frontiers in Environmental Science. 2022. Vol. 10. 838126. EDN KLRIBT. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.838126

Файлы

 Полный текст (русский)

  JATS XML (русский)

 Полный текст (английский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.