1 CURRENT STATE OF THE RUSSIAN MARINE ECOSYSTEM MONITORING FOR THE WHITE SEA N. FILATOV (NWPI KRC RAS, Petrozavodsk) D. POZDNYAKOV (NIERSC, S.-Petersburg) I. NEELOV (AARI, S.-Petersburg) Район исследований Основное научное направление работ Разработка теории эволюции озерноречных и морских систем Севера России с учетом изменений климата и интенсификацией разработки природных ресурсов для устойчивого развития региона. 6 Изменения климата и водные ресурсы 42 Изменения и изменчивость климата в регионе Белого моря оценены по: • данным вероятностного анализа длительных гидрометорологических наблюдений • результатам моделирования на модели ECHAM-4 по сценариям IPCC с удвоением СО2 и увеличением концентрации аэрозолей Работы этого цикла выполнены совместно с Институтом метеорологии Макс-Планка, Германия •Ставилась задача оценить изменения климатических параметров (температура воздуха, осадки, солнечная радиация) за период инструментальных наблюдений. •Особенности изменения элементов водного баланса (ЭВБ - речной сток, суммарное испарение, испаряемость), колебания уровня воды озер, ледяного покрова. •Важной является проблема выявления ответной реакции элементов водного баланса, гидрологических характеристик и экосистемы водоемов. •Выполнены численные эксперименты на МКГ ECHAM4 для разных возможных сценариев развития на период 2000-2050 гг. • +0,5 oC/100 years for 1880-2000 T = ±0,6 oC • Глобальная (1) и региональная (2) температура воздуха за период 1856-2000 гг (в аномалиях по отношению к • периоду 1961-1990 гг) +0,4 oC/100 years for 1880-2000 T = ±2,8 oC ИВнутривековая изменчивость осадков (Р), рречного стока (R) и суммарного испарения (Е) ппо скользящим 15-летиям P, mm 650 R, E, mm 400 380 600 P = 568+0,13t 360 340 550 R = 296+0,18t 500 320 300 E = 272-0,06t 450 280 260 400 1880 240 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Сеточная область модели климата ECHAM-4 43 N 44 Оценка возможных изменений климата в регионе Белого моря (температура воздуха и осадки, сценарии G и GA) 45 Изменение приземной температуры воздуха в 19501999 и рассчитанной по данным модели ECHAM-4 (2000-2050) по двум сценариям В соответствии с численной моделью (ЕСНАМ4) в 2000-2050 гг. в изучаемом районе возможны заметные изменения основных характеристик климата • Суммарный речной сток с территории Карелии в новых климатических условиях может уменьшиться с 319 (в настоящее время) до 286-287 мм • Последствия таких изменений основных характеристик климата и элементов водного баланса могут быть как позитивными, так и негативными. • Ресурсы Белого моря 5 Исследования ИВПС основывались на Оценке состояния моря: •по данным анализа длительных наблюдений; •по результатам комплексных наблюдений с судов, гидрометстанций, спутников; •с использованием системного подхода на базе математического моделирования. Изучение фундаментальных проблем моря обусловлено • глобальными климатическими изменениями • эволюцией экосистемы • антропогенными факторами 8 Собрана информация доступных океанографических, гидрологических, экономикогеографических данных из разных источников: архивов NASA, ИКИ, ЗИН, ИВПС, ААНИИ, Росгидромета, специализированных атласов, монографий и др. 9 ИВПС выполнены многолетние гидрологиченские исследования в разные сезоны 13 По данным длительных наблюдений выявлена тенденция увеличения температуры воды и солености 14 Исследована многолетняя динамика притока речных вод с водосбора в Белое море за период инструментальных наблюдений 15 По данным длительных измерений оценена эволюция температуры воды по вертикали и во времени. Результаты использовались для калибрации моделей термогидродинамики Подробно исследован комплекс процессов в эстуариях, особенности обменных процессов эстуариев и открытого моря 18 Выполнены химико-биологические и биохимические исследования 19 Собраны и проанализированы данные со спутников: • НОАА, за 20 лет • SeaWifs, • ERS, • Ресурс-01. Обнаружены закономерности проявления апвеллингов, фронтальных зон, мезомасштабных вихревых неоднородностей. 20 Выполнены подспутниковые измерения с НИС «Эколог»: концентрации хлорофилла-а, растворенного органического вещества, минеральной взвеси, цвета, прозрачности моря, температуры и солености воды, биогенных элементов 21 Выполнены постановки АБС с измерением течений, температуры воды, колебаний уровня моря в прибрежной зоне и в устьях рек Онега, Кемь, Кереть 24 Для решения задач атмосферной коррекции выполнены специальные измерения температуры воды бортовым ИК-радиометром (а) и со спутника НОАА (б) а б 25 Типичные карты температуры воды для разных сезонов Seasonal variations of SST in White Sea Сравнение измерений температуры воды с судна 29 и со спутника Мониторинг динамики ледяного покрова со спутника NОАА. Эти данные использовались для калибрации модели термогидродинамики 30 31 Измерения хлорофилла –а, РОВ И МВ с борта судна флуориметром «Квант» (а) и со спутника SeaWifs (б). Показана необходимость непрерывных измерений этих параметров Совместные исследования в Онежском заливе с ММБИ а б 32 Пример распределения концентрации хлорофилла-а на поверхности моря. По этим данным возможно оценить первичную продукцию моря “WHITESEA” PROGRESS MEETING EC INCO-Copernicus project ICA2-CT-2000-10014 36 ИВПС принял участие в разработке и наполнении Информационно-справочной системы «Белое море» Автор В.В.Растоскуев SRCES, St.-Petersburg, RUSSIA Пример пользовательского интерфейса 39 40 Система для работы с данными спутниковых наблюдений 30oC 30oC 20oC 20oC 10oC 10oC o 0oC0 C Результаты вероятностного анализа данных длительных наблюдений показано, что: 46 по натурным данным за последние 40 лет, в регионе возросла температура воды на 1,5 С , а соленость Белого моря на 1 промилле. По данным моделирования климата в регионе В результате изменений климата за последующие 50 лет средняя температура воздуха изменится с –0,7 до + 2 C, а среднее количество осадков возрастет с 461 до 482-486 mm. При этом из-за изменения соотношения осадки-испарение уменьшится на 1-5 % речной сток (водный) • Наблюдаемое сейчас увеличение солености подтверждает эти тенденции 47 Моделирование экосистемы моря. • ИВПС выполнил настройку, • калибрацию и верификацию математической модели Экосистемы Белого моря, •Проведены расчеты при разных сценариях изменений климата и антропогенных воздействиях Основной автор раздела И.А.Неелов Показано, что для моделирования экосистемы Белого моря важен учет приливных движений. 49 Динамика захваченных волн Кельвина, генерированных приливами (И.А.Неелов) 50 Блок-схема 3-D модели экосистемы моря (авт. И.А.Неелов, О.П.Савчук ) Атмосферные воздействия. NCEP 3D-Гидродинамическая Модель Речной сток Водообмен с Баренцевым морем Модель льда ХимикоБиологический блок 53 67 66 latitude °N Впервые выполнено моделирование температуры воды, течений моря на трехмерной климатической модели с учетом приливов. На Рис. показаны течения на поверхности моря за 1948-2000 г.г. a 67 66 65 65 53 10 cm/s 64 34 36 38 40 longitude °E 42 44 54 cm 67 270 67 240 210 Рассчитана амплитуда приливных волн (М2) Latitude °N 66 180 66 150 65 120 90 65 60 64 30 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 0 Longitude °E location Observed phase (degree) Kandlaksha 120 130 68 65 Gridino 122 129 62 48 Kem 174 159 52 49 Onega 282 284 110 84 Solovky 152 168 45 44 Arhangelsk 155 150 39 32 Modeled phase (degree) Observed Amplitude (cm) Modeled Amplitude (cm) 55 meter 2.0 67 1.8 1.6 66 Latitude °N Рассчитана толщина ледяного покрова с учетом приливов (а) и без них (б) . Выполнено сравнение ледяного покрова по данным моделирования, натурным измерениям и спутниковым данным a 67 1.4 66 1.2 65 1.0 0.8 65 0.6 64 0.4 34 36 38 40 42 44 0.2 Longitude °E b 67 meter 2.0 67 1.8 Latitude °N 66 1.6 1.4 66 1.2 65 1.0 0.8 65 0.6 64 0.4 34 36 38 40 Longitude °E 42 44 0.2 68 Выводы Выполнены комплексные исследования по оценке состояния экосистемы моря - Показано, что по сравнению с предыдущим десятилетием состояние экосистемы моря относительно стабильное. Нет больших изменений в химико-биологическом режиме (биогенные элементы, тяжелые металлы, содержание кислорода, фитопланктон, зоопланктон, зообентос, рыбы и др.) По данным наблюдений выявлено небольшое увеличение температуры воды и солености воды за последние 40 лет. Однако обусловлено оно может быть естественной изменчивостью климата. N По результатам имитационного моделирования экосистемы установлено, что изменение концентрации биогенных 69 элементов в речном стоке не приводит к существенным изменениям экосистемы Белого моря (фито- и зоопланктона). •Уменьшение речного стока на 1-5 % при возможном потеплении климата в последующие 50 лет. •По данным моделирования климата по сценариям IPСС показаны особенности изменение температуры воды, водного баланса, речного стока, что может привести к уменьшению средней толщины льда зимой на 10 см, увеличению средней солености моря нa 1 промилле и возрастанию толщины летнего термоклина. Однако, существенных изменений рассматриваемых элементов системы при указанных климатических и антропогенных воздействиях по данным моделирования не отмечается. • Белое море обладает целым рядом специфических особенностей, включая и достаточно чистую воду, высокую ее прозрачность, низкий уровень эвтрофирования и загрязнения, относительно высокую 70 проточность, благоприятствующих развитию марикультуры, рыб, моллюска мидии, водорослей. • Для охраны, рационального использования ресурсов Белого моря, в особенности литоральной зоны, эстуариев необходимо продолжить комплексный мониторинг и разработку нормативной документации по рациональному природопользованию на Белом море. Эта задача из чисто научно-исследовательской становится государственной. 71 По результатам комплексных системных исследований по проекту ИНКО-Коперникус в готовится монография на английском языке Springer-Praxis Series in Polar Sea Oceanography Dynamiсs of White Sea ecosystems N. Filatov, O. Johannessen, D. Pozdnyakov, L. Pettersson, L. Bobylev (Editors) Springer Praxis БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ!