Роль короткопериодных и мезомасштабных физических процессов в формировании структуры планктона и биологической продуктивности на примере Черного моря

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-17-00167

НазваниеРоль короткопериодных и мезомасштабных физических процессов в формировании структуры планктона и биологической продуктивности на примере Черного моря

Руководитель Зацепин Андрей Георгиевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-501 - Физика океана

Ключевые слова Мезомасштабные физические процессы, атмосферные синоптические воздействия, морские экосистемы, цветение фитопланктона, биологическая продукция, Черное море

Код ГРНТИ37.25.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Актуальность проблемы теоретического обоснования короткопериодных и мезомасштабных физических воздействий на развитие фитопланктона определяется растущей потребностью понимать и прогнозировать наблюдаемые изменения морских экосистем на коротких временных шкалах и на средних и малых пространственных масштабах. Характерные для пространственного мезомасштаба (10-50 км) и субмезомасштаба (0,1 - 10 км) отклики фитопланктона на физические воздействия, как правило, редко становятся предметом исследования. Однако биологическая продуктивность часто концентрируется именно в таких масштабах и проявляется на синоптической шкале времени (дни-недели). Без такого пространственно-временного разрешения невозможно выявить факторы (антропогенные и климатические), ответственные за изменения, происходящие непосредственно в данном районе шельфа или глубоководного бассейна. Следовательно, невозможно прогнозировать и своевременно учитывать на практике грядущие изменения. Данный проект сфокусирован на исследовании воздействия короткопериодных и мезомасштабных физических возмущений среды на планктон, прежде всего, на фитопланктон - основной элемент морских экосистем, определяющий биологическую продуктивность бассейна. В рамках проекта поставлен ряд связанных задач: - Создать структурированный массив данных по короткопериодной изменчивости пространственно-временных характеристик физических и био-оптических данных, получаемых в автоматическом режиме со стационарной станции автоматического вертикального зондирования, заякоренной на шельфе. Определить частоту встречаемости различных видов физических возмущений среды: ветровое перемешивание, прибрежный апвеллинг, мезомасштабные и субмезомасштабные вихри, струйные течения, горизонтальная и вертикальная адвекция в прибрежной зоне для разных сезонов года. - Выявить ключевые абиотические факторы, определяющие изменения количества и таксономической структуры фитопланктона и зоопланктона шельфовой зоны в разные сезоны. - На основе судовых и дистанционных наблюдений определить механизмы влияния короткопериодных метеорологических процессов, в первую очередь, ветровых воздействий и атмосферных осадков, приводящих к изменению физических и химических характеристик среды и стимулирующих массовое развитие водорослей и изменение структуры планктона в шельфово-склоновой зоне. - На основе спутниковых изображений с высоким разрешением, определить частоту, площадь и амплитуду отклика фитопланктона на короткопериодные, мезомасштабные и субмезомасштабные физические воздействия на северокавказском шельфе и оценить вклад этих процессов в формирование биомассы фитопланктона и годовой первичной продукции в этом районе. - На основе спутниковой информации и данных Био-Арго буев определить частоту встречаемости различных видов мезомасштабных физических возмущений среды, обусловленных циклоническими и антициклоническими вихрями, сильным ветровым перемешиванием в глубоководном бассейне моря в разные сезоны года. - Выявить ключевые абиотические факторы, сопутствующие мезомасштабным процессам в открытом море и приводящим к развитию фитопланктона, влияющим на его таксономическую структуру. - На основе судовых экспедиций определить механизмы воздействия мезомасштабных физических процессов, в первую очередь, вихрей и сильного ветрового перемешивания, ответственные за изменение физических и химических характеристик среды и стимулирующие массовое развитие водорослей и отклик зоопланктона в открытых водах. - Опираясь на выявленные механизмы воздействия рассматриваемых физических процессов на планктонную часть экосистемы моря в разные сезоны, создать ориентированные на процессы модели, позволяющие прогнозировать реакцию планктона шельфовой и глубоководной зон моря, и верифицировать модельные результаты с использованием данных полученных при полевых исследованиях и с помощью дистанционных методов. На основе разработанной теории количественно оценить вклад мезомасштабных физических процессов в изменение структуры и уровня количественного развития фитопланктона, а также первичной продукции для отдельных сезонов в глубоководном бассейне моря. Уникальность и новизна методологического подхода определяется одновременным применением нескольких методов исследования: непрерывные автоматические измерения абиотических и биотических параметров среды на гидрофизическом полигоне (оборудован автономными измерительными системами в составе донных станций с акустическими доплеровскими профилографами скорости течения, автоматическим зондом-профилографом с разными био-оптическими датчиками и термокосами на заякоренных буйковых станциях) на северо-кавказском шельфе; мониторинговый и оперативный отбор полевого материала в случаях автоматически зарегистрированного мезомасштабного физического воздействия; широкий спектр дистанционных наблюдений, включающих спутниковые изображения высокого разрешения, данные Био-Арго буев (международная система автономных зондирующих буев, передающих оперативные данные по вертикальным профилям гидрофизических и био-оптических параметров); судовые экспедиции для детального изучения воздействия на биоту мезомасштабных вихревых структур и сильного ветрового перемешивания в открытых водах; теоретические построения схем воздействия и их математическое моделирование. Накопленные в процессе выполнения проекта и полученные ранее данные позволят разработать теорию влияния вышеописанных процессов на развитие фитопланктона и оценить их вклад в биологическую продуктивность моря, как на исследуемом участке шельфа, так и в открытых водах Черного моря.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Микаэлян А.С., Мошаров С.А., Кубряков А.А., Паутова Л.А., Федоров А.В., Часовников В.К. The impact of physical processes on taxonomic composition, distribution and growth of phytoplankton in the open Black Sea Journal of Marine Systems, 208, 103368 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jmarsys.2020.103368

2. Кубрякова Е.А., Кубряков А.А., Микаэлян А.С. Winter coccolithophore blooms in the Black Sea: Interannual variability and driving factors Journal of Marine Systems, Volume 213, 103461 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jmarsys.2020.103461

3. Микаэлян А.С., Зацепин А.Г., Кубряков А.А. Воздействие мезомасштабной вихревой динамики на биопродуктивность морских экосистем Морской гидрофизический журнал, Т. 36, № 6. С. 646–675 (год публикации - 2020)
10.22449/0233-7584-2020-6-646-675

4. Кубряков А.А., Микаэлян А.С., Станичный С.В., Кубрякова Е.А. Seasonal stages of chlorophyll‐a vertical distribution and its relation to the light conditions in the Black Sea from Bio‐Argo measurements Journal of Geophysical Research: Oceans, 125(12) (год публикации - 2020)
10.1029/2020JC016790

5. Микаэлян А.С., Паутова Л.А., Федоров А.В. Seasonal evolution of deep phytoplankton assemblages in the Black Sea. Journal of Sea Research Journal of Sea Research, 102125 (год публикации - 2021)
10.1016/j.seares.2021.102125

6. Станичный С.В., Кубрякова Е.А., Кубряков А.А. Quasi-tropical cyclone caused anomalous autumn coccolithophore bloom in the Black Sea Biogeosciences, 18, 10, 3173-3188 (год публикации - 2021)
10.5194/bg-18-3173-2021

7. Кубряков А.А., Микаэлян А.С. , Станичный С.В. Extremely strong coccolithophore blooms in the Black Sea: The decisive role of winter vertical entrainment of deep water Deep-Sea Research Part I, 173, 103554 (год публикации - 2021)
10.1016/j.dsr.2021.103554

8. Силкин В.А., Федоров А.В., Флинн К. Дж., Парамонов Л., Паутова Л.А. Protoplasmic streaming of chloroplasts enables rapid photoacclimation in large diatoms J. Plankton Research, 43(6): 831–845 (год публикации - 2021)
10.1093/plankt/fbab071

9. Островский А.Г., Арашкевич Е.Г., Соловьев В.А., Швоев Д.А. Seasonal variation of the sound-scattering zooplankton vertical distribution in the oxygen-deficient waters of the NE Black Sea Ocean Science, 17, 953–974 (год публикации - 2021)
10.5194/os-17-953-2021

10. Ирина В. Мошарова · Александр С. Микаэлян· Анна В. Лифанчук· Сергей А. Мошаров, · Владимир А. Силкин, · Алексей В. Федоров Effect of anticyclonic eddy on bacterioplankton in the Black Sea: an experimental study Aquatic Ecology, Published online (год публикации - 2022)
10.1007/s10452-022-09987-1

11. Силкин, Владимир, Александр Сергеевич Микаелян, Лариса Паутова и Алексей Федоров Annual Dynamics of Phytoplankton in the Black Sea in Relation to Wind Exposure Journal of Marine Science and Engineering, 9, 1435 (год публикации - 2021)
10.3390/jmse9121435

Публикации