ВВЕДЕНИЕ 3
1 Эвтрофикация как глобальный процесс 4
1.1 Процесс эвтрофикации 4
1.2 Эвтрофикация в Балтийском море и Финском заливе 8
1.3 Современное состояние эвтрофикации по данным контактных
измерений 10
1.4 Оценка эвтрофикации по спутниковым данным 12
1.5 Хлолфилл-а и фитопланктон 16
2 Методы исследования 20
2.1 Исходные данные 20
2.2 Параметрическое моделирование 28
2.3 Параметризация профилей 29
2.4. Кластерный анализ 31
3 Анализ пространственно-временной изменчивости хлорофилла-а . 34
3.1 Работа с исходными данными 34
3.2 Иерархическая кластеризация 37
3.3 Кластеризация методом к-средних 40
3.4 Анализ распределения хлорофилла-а 46
3.5 Анализ спутниковых данных 51
Заключение 53
Список литературы
Одна из наиболее важных проблем Балтийского моря - это эвтрофикация, которая представляет из себя процесс качества воды и увеличения биологической продуктивности, в результате поступления биогенных элементов в избыточном количестве, под воздействием естественных и антропогенных факторов.
Из-за излишнего количества биогенных веществ увеличивается биомасса фитопланктона и идет активное развитие сине-зеленых водорослей. Происходит накопление органического вещества, уменьшается прозрачность воды. Значительное количество кислорода уходит на окисление органического вещества, что в результате изменяет световой и газовый режим, оказывая влияние на сообщества гидробионтов.
Все эти факторы, а также устойчивая стратификация, специфические особенности водообмена и влияние метеорологических факторов определяют чувствительность Балтийского моря к эвтрофикации.
Финский залив является наиболее эвтрофированным районом Балтийского моря. Многочисленные исследования (HELCOM) показывают в этой области наличие максимальных концентраций хлорофилла а. Это обуславливает необходимость регулярного мониторинга вод Финского залива.
Целью данной работы является оценка современного уровня эвтрофикации Финского залива с использованием данных контактных и спутниковых измерений.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Проанализировать состояние эвтрофикации по данным контактных измерений
2. Проанализировать состояние эвтрофикации по спутниковым данным
3. Провести параметризацию вертикальных профилей распределения хлорофилла-а
4. Провести кластеризацию полученных профилей
5. Провести оценку состояния эвтрофированности Финского залива
Изучение пространственно-временного распределения хлорофилла-а по спутниковым и контактным измерениям является важной океанологической задачей и имеет практическое и научное значение. Анализ пространственно-временной изменчивости показал, что существуют различные типы формирования вертикальных профилей хлорофилла-а, которые образуются под влиянием множества факторов.
В ходе выполнения работы:
1) Были рассчитаны и построены вертикальные профили по контактным данным, с помощью формулы Matsumura и Shiomoto.
2) Проведена кластеризация профилей различными способами и получено 4 типа кластеров, отличающиеся максимальным значением хлорофилла-а на различных глубинах.
3) Проведен анализ распределения концентрации хлорофилла-а в зависимости от времени года.
4) Рассчитаны корреляционные зависимости от влияния адиабатических факторов
5) Получены спутниковые данные, с помощью которых были рассчитаны поверхностные концентрации хлорофилла-а для анализа степени эвтрофированности Балтийского моря и Финского залива.
Полученные 4 типа вертикального распределения профилей, с различным максимальным значением, встречаются в течение всего года. Исследованные абиотические факторы определяют до 20% вариативности вертикального распределения хлорофилла, но не являются главными в формировании вертикальной структуры распределения хлорофилла-а.
Спутниковая информация обладают рядом недостатков, в частности это отсутствие большей части данных в виду высокой облачности Балтийского региона. Получение контактных измерений является дорогостоящим процессом и охватывает малую часть акватории. Наилучшим решением является совмещение этих способов получения данных.
Распределение концентрации хлорофилла-а носит ярко выраженный сезонный характер. Максимальные концентрации достигаются в апреле, июле и октябре. Средние значения, полученные в весенне-летний период выше осенне-зимних. Тенденция роста концентрации хлорофилла-а,
несмотря на работы по снижению экологической нагрузки на Финский залив имеет связь с различными абиотическими факторами, изменениями в экосистеме, строительными и промышленными работами.
