Изменение концентрации хлорофилла «а», гидрохимических и гидрофизических характеристик Балтийского моря в условиях меняющегося климата по наблюдениям на станциях международного мониторинга
|
Введение
Глава 1. Физико-географическое описание района исследования
1.1. Климатическое описание региона…
1.2 Основные океанологические характеристики
1.3 Основные гидрохимические характеристики…
Глава 2. Методы и средства
2.1 База данных
2.2 Методы анализа данных
Глава 3. Результаты…
3.1 Концентрация хлорофилла…
3.2 Биогенные элементы
3.3 Изменчивость характеристик в условиях изменения климата
Заключение
Список литературы
Глава 1. Физико-географическое описание района исследования
1.1. Климатическое описание региона…
1.2 Основные океанологические характеристики
1.3 Основные гидрохимические характеристики…
Глава 2. Методы и средства
2.1 База данных
2.2 Методы анализа данных
Глава 3. Результаты…
3.1 Концентрация хлорофилла…
3.2 Биогенные элементы
3.3 Изменчивость характеристик в условиях изменения климата
Заключение
Список литературы
Балтийское море считается одним из морей, экологическое состояние которых особенно плачевно. Оно страдает от эвтрофикации, загрязнения различными токсическими веществами, ряд видов организмов находится под угрозой исчезновения [1].
Балтийское море является важным водным. На гидрологию и гидрохимический состав отдельных районов и моря в целом сильное влияние оказывает антропогенное воздействие крупных городов, находящихся на его берегах [2], [3]. Тенденцию этих изменений необходимо отслеживать для регулирования этого влияния.
Проблемы эвтрофикации очень актуальны и сейчас. В борьбе с эвтрофикацией Балтийского моря помогает организация ХЕЛКОМ (Хельсинская комиссия), которая уже больше 40 лет объединяет страны Балтики для контролирования и уменьшения биогенной нагрузки на Балтийское море.[4]
Проведено множество анализов, но по некоторым оценкам даже при максимальном уменьшении выбросов биогенных элементов в Балтийское море, некоторые акватории так и не смогут достичь нейтрального уровня Эвтрофикации. [4]
Но не смотря на сокращения антропогенной нагрузки на Балтийское море, улучшений Эвтрофикации почти не наблюдается. Например, в Финском заливе количество поступления азота сократилось почти на 10%, а фосфора почти на 53%. [5] Возможно это комплексное влияние не только антропогенного влияния выбросов биогенных элементов, но и влияния изменений, вызванных условиями меняющегося климата.
Данная выпускная квалификационная работа заключает в себе исследование изменения состояния вод в разных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга. А так же рассмотреть возможные причины современного экологического состояния Балтийских вод.
Цель работы:
Оценить изменения современного состояния вод Балтийского моря на основе данных судовых измерений. Рассмотреть возможные причины этих изменений в следствии меняющегося климата.
Задачи:
1) Сформировать ряды измерений гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических характеристик вод Балтийского моря по данным судовых измерений на морских станциях международного мониторинга.
2) Оценить тренды в рядах концентрации хлорофилла и биогенных элементов (фосфора, азота) в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
3) Оценить межгодовую изменчивость температуры и солености вод Балтийского моря в поверхностном и придонном слое в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
4) Оценить межгодовую изменчивость стратификации вод в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
5) Исследовать влияние водообмен на на состояние вод на морских станциях международного мониторинга.
6) Оценить межгодовую изменчивость ветра над территорией Балтийского моря
7) Описать возможные причины межгодовых изменений, которые влияют на эвтрофикацию Балтийского моря
Балтийское море является важным водным. На гидрологию и гидрохимический состав отдельных районов и моря в целом сильное влияние оказывает антропогенное воздействие крупных городов, находящихся на его берегах [2], [3]. Тенденцию этих изменений необходимо отслеживать для регулирования этого влияния.
Проблемы эвтрофикации очень актуальны и сейчас. В борьбе с эвтрофикацией Балтийского моря помогает организация ХЕЛКОМ (Хельсинская комиссия), которая уже больше 40 лет объединяет страны Балтики для контролирования и уменьшения биогенной нагрузки на Балтийское море.[4]
Проведено множество анализов, но по некоторым оценкам даже при максимальном уменьшении выбросов биогенных элементов в Балтийское море, некоторые акватории так и не смогут достичь нейтрального уровня Эвтрофикации. [4]
Но не смотря на сокращения антропогенной нагрузки на Балтийское море, улучшений Эвтрофикации почти не наблюдается. Например, в Финском заливе количество поступления азота сократилось почти на 10%, а фосфора почти на 53%. [5] Возможно это комплексное влияние не только антропогенного влияния выбросов биогенных элементов, но и влияния изменений, вызванных условиями меняющегося климата.
Данная выпускная квалификационная работа заключает в себе исследование изменения состояния вод в разных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга. А так же рассмотреть возможные причины современного экологического состояния Балтийских вод.
Цель работы:
Оценить изменения современного состояния вод Балтийского моря на основе данных судовых измерений. Рассмотреть возможные причины этих изменений в следствии меняющегося климата.
Задачи:
1) Сформировать ряды измерений гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических характеристик вод Балтийского моря по данным судовых измерений на морских станциях международного мониторинга.
2) Оценить тренды в рядах концентрации хлорофилла и биогенных элементов (фосфора, азота) в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
3) Оценить межгодовую изменчивость температуры и солености вод Балтийского моря в поверхностном и придонном слое в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
4) Оценить межгодовую изменчивость стратификации вод в различных районах Балтийского моря на морских станциях международного мониторинга.
5) Исследовать влияние водообмен на на состояние вод на морских станциях международного мониторинга.
6) Оценить межгодовую изменчивость ветра над территорией Балтийского моря
7) Описать возможные причины межгодовых изменений, которые влияют на эвтрофикацию Балтийского моря
В результате данной работы были выявлен статистически значимый положительные тренды изменения концентрации хлорофилла в поверхностных водах на станциях ВУ-31 и ВУ-15. Концентрация хлорофилла имеет слабую (BY-1) и очень слабую (ВУ-28, ВУ-15) обратную связь с соленостью. Так же прямая слабая (ВУ-1) и очень слабая (ВУ-28, ВУ-15) связь с концентрацией кислорода. Концентрация хлорофилла и биогенные элементы (кислоты PO4, NO2, NO3) имеют умеренную и слабую обратную связь. Связь показателей температуры и концентрации хлорофилла на всех трех станциях разная – на ВУ-15 она прямая слабая, на ВУ-1 ее нет, и на ВУ-28 она очень слабая отрицательная.
По содержанию фосфатов в поверхностном слое воды можно наблюдать на станциях ВУ-1, ВУ-2, ВУ-15 статистически значимый тренд повышения концентрации в воде. По содержанию нитратов в поверхностном слое можно видеть статистически значимый тренд повышения концентрации данного биогена в воде на станциях ВУ-28, уменьшение концентрации наблюдаются на станциях ВУ-2, ВУ-31.
Так же были предложены возможные причины эвтрофикации Балтийских вод в условиях меняющегося климата.
Межгодовая разница между температурой придонных вод и температурой вод поверхности уменьшается на станциях ВУ-28, имея положительный статистически значимый тренд. На станции ВУ-1 рассмотрена разница между температурой поверхности и придонных вод. Тренд показывает увеличение разницы между температурой поверхностных и глубинных вод со временем. Что показывает увеличение стратификации вод по температуре на данной станции.
На станциях ВУ-1, ВУ-15, ВУ-28 наблюдается тренд увеличения разности солености между придонными водами и поверхностными со временем. Эти тренды соответствует уровню статистической значимости. Увеличение этой разности влияет на плотность, что ведет так же к увеличению стратификации вод на этих станциях.
На станциях ВУ-1 и ВУ-15 наблюдается увеличение разности плотности между придонным и поверхностным слоем. Эти тренды так же статистически значимы. Что показывает увеличение стратификации Балтийских вод. Увеличение стратификации ведет к затруднению перемешивания вод. Это в свою очередь уменьшает поступления кислорода нижние слои. Увеличению количества взвешенного вещества в поверхностных вода, так как оно не опускается ниже галоклина. Это ведет к уменьшению прозрачности воды (гибель придонных водорослей из-за недостатка света), увеличению концентрации хлорофилла в верхних слоях. Т.е. увеличение стратификации вод способствует ухудшению экологии Балтийского моря, и увеличивает Эвтрофикацию.
Рассмотрев концентрацию кислорода в придонных слоях ВУ-15 и ВУ-1 можно заметить статистически значимый тренд понижения концентрации кислорода на этих двух станциях. Ряды межгодовой изменчивости средней и максимальной скоростей ветра на метеорологических станциях «Пионерская» и «Озерки» показывают уменьшение скоростей ветра на данных станциях со временем. Т.е. уменьшение кислорода в поверхностном слое может быть связано с изменением ветрового режима. Уменьшение скоростей ветра ведет к уменьшению аэрации поверхностного слоя, т.е. уменьшение абсорбции водой в том числе кислорода на данных станциях.
Межгодовое увеличение температуры в придонных слоях на станциях ВУ-15, ВУ-1 может быть причиной уменьшения концентрации кислорода в воде. Это в свою очередь ведет к ухудшению кислородного режима на данных станциях. Уменьшение кислорода в придонных водах ведет к замедлению разложения придонных останков. Тем самым ухудшая экологический режим и увеличивая эвтрофикацию района.
По концентрации кислорода в придонных слоях можно заметить влияние Балтийских затоков. По данным кислорода их можно было наблюдать на станцияхВУ-15 и BY-28. Они наблюдались в 1983 г, 1993 г, 2003 г, 2014 г. Например, на станции ВУ-15 наблюдаются максимальное значение 1993 г 3,32 мг/м3. Следующий пик в 2003 2,3 мг/м3 и 2,45 мг/м32014 г. Из-за уменьшения в 5 раз частоты Балтийских затоков за последние 50 лет, оказывается влияние на концентрацию кислорода в придонных водах, это ведет к увеличению эвтрофикации и ухудшению экологической обстановки на Балтийском море.
По содержанию фосфатов в поверхностном слое воды можно наблюдать на станциях ВУ-1, ВУ-2, ВУ-15 статистически значимый тренд повышения концентрации в воде. По содержанию нитратов в поверхностном слое можно видеть статистически значимый тренд повышения концентрации данного биогена в воде на станциях ВУ-28, уменьшение концентрации наблюдаются на станциях ВУ-2, ВУ-31.
Так же были предложены возможные причины эвтрофикации Балтийских вод в условиях меняющегося климата.
Межгодовая разница между температурой придонных вод и температурой вод поверхности уменьшается на станциях ВУ-28, имея положительный статистически значимый тренд. На станции ВУ-1 рассмотрена разница между температурой поверхности и придонных вод. Тренд показывает увеличение разницы между температурой поверхностных и глубинных вод со временем. Что показывает увеличение стратификации вод по температуре на данной станции.
На станциях ВУ-1, ВУ-15, ВУ-28 наблюдается тренд увеличения разности солености между придонными водами и поверхностными со временем. Эти тренды соответствует уровню статистической значимости. Увеличение этой разности влияет на плотность, что ведет так же к увеличению стратификации вод на этих станциях.
На станциях ВУ-1 и ВУ-15 наблюдается увеличение разности плотности между придонным и поверхностным слоем. Эти тренды так же статистически значимы. Что показывает увеличение стратификации Балтийских вод. Увеличение стратификации ведет к затруднению перемешивания вод. Это в свою очередь уменьшает поступления кислорода нижние слои. Увеличению количества взвешенного вещества в поверхностных вода, так как оно не опускается ниже галоклина. Это ведет к уменьшению прозрачности воды (гибель придонных водорослей из-за недостатка света), увеличению концентрации хлорофилла в верхних слоях. Т.е. увеличение стратификации вод способствует ухудшению экологии Балтийского моря, и увеличивает Эвтрофикацию.
Рассмотрев концентрацию кислорода в придонных слоях ВУ-15 и ВУ-1 можно заметить статистически значимый тренд понижения концентрации кислорода на этих двух станциях. Ряды межгодовой изменчивости средней и максимальной скоростей ветра на метеорологических станциях «Пионерская» и «Озерки» показывают уменьшение скоростей ветра на данных станциях со временем. Т.е. уменьшение кислорода в поверхностном слое может быть связано с изменением ветрового режима. Уменьшение скоростей ветра ведет к уменьшению аэрации поверхностного слоя, т.е. уменьшение абсорбции водой в том числе кислорода на данных станциях.
Межгодовое увеличение температуры в придонных слоях на станциях ВУ-15, ВУ-1 может быть причиной уменьшения концентрации кислорода в воде. Это в свою очередь ведет к ухудшению кислородного режима на данных станциях. Уменьшение кислорода в придонных водах ведет к замедлению разложения придонных останков. Тем самым ухудшая экологический режим и увеличивая эвтрофикацию района.
По концентрации кислорода в придонных слоях можно заметить влияние Балтийских затоков. По данным кислорода их можно было наблюдать на станцияхВУ-15 и BY-28. Они наблюдались в 1983 г, 1993 г, 2003 г, 2014 г. Например, на станции ВУ-15 наблюдаются максимальное значение 1993 г 3,32 мг/м3. Следующий пик в 2003 2,3 мг/м3 и 2,45 мг/м32014 г. Из-за уменьшения в 5 раз частоты Балтийских затоков за последние 50 лет, оказывается влияние на концентрацию кислорода в придонных водах, это ведет к увеличению эвтрофикации и ухудшению экологической обстановки на Балтийском море.