Спросить
Войти
УДК 639.2.053
Т.В. Булатова, В.А. Царева, Т.Б. Барканова, Г.П. Ванюшин, М.Ю. Кружалов, А.А. Трошков, Е.В. Сапунова, И.М. Анисова
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии,
Москва, 107140 e-mail: ladimon@mail.ru
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ В ПРОМЫСЛОВЫХ АКВАТОРИЯХ
МИРОВОГО ОКЕАНА
ФГБНУ «ВНИРО» осуществляет на основе спутниковой информации оперативный мониторинг динамики температурных условий в основных промысловых районах Мирового океана. Создан непрерывный многолетний банк карт температуры поверхности океана (ТПО) недельной, месячной, сезонной и межгодовой дискретности. Показаны примеры оценки влияния ТПО на формирование биопродуктивности и условия промысла гидробионтов.
T.V. Bulatova, V.Â. Tsareva, Т-B. Barkanova, G.P. Vanyushin, M.Yu. Kruzhalov, А.А. ^oshkov, Е-V. Sapunova, ГМ. Аnisova
Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography, Moscow, 107140 e-mail: ladimon@mail.ru
MAIN DIRECTIONS OF TEMPERATURE CONDITIONS SATELLITE MONITORING IN COMMERCIAL WATERS OF THE WORLD OCEAN
Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography carries out the operational satellite monitoring of sea surface temperature (SST) for the major fishing areas of the World ocean. A continuous long-time information database of the SST maps (weekly, monthly, seasonal and interannual discreteness) has been created. The examples of the impact of SST on the bio-productivity formation and fishing conditions are shown.
В последние десятилетия в океанологических и рыбохозяйственных исследованиях все более востребованным источником информации становятся спутниковые данные о состояния водной среды. Одним из основных океанологических параметров, который возможно получать с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ) в реальном масштабе времени для большинства промысловых акваторий, является температура поверхности океана (ТПО). Спутниковый мониторинг ТПО промысловых районов Мирового океана дает реальную непрерывную информацию для оперативного контроля синоптической, месячной, сезонной и межгодовой изменчивости ТПО, что позволяет использовать такого рода данные в рыбохозяйственных исследованиях различной направленности.
Начиная с 1986 г. ФГБНУ «ВНИРО» развивает и совершенствует технологии спутникового мониторинга промысловых районов морей России и Мирового океана с целью создания непрерывной базы данных о распределении ТПО в виде цифровых и аналоговых карт [1]. Практикуемая в настоящее время технология мониторинга ТПО базируется на основе комплексного анализа цифровых материалов ежесуточной инфракрасной съемки с метеорологических и геостационарных ИСЗ серий «NOAA», «GOES» (США), «Meteosat» (Европейское космическое
агентство) и «HIMAWARI» (Япония) и квазисинхронных данных «in situ» о ТПО с судов, буев и береговых станций, поступающих из Центра мировых данных (г. Москва). При восстановлении температуры моря по спутниковым данным использовались пятиканальная методика обработки материалов съемки с ИСЗ серии «NOAA» и гистограммный метод обработки и выборки данных для остальных ИСЗ.
Составление карт ТПО первичной недельной дискретности происходит в оперативном режиме для каждой промысловой акватории по следующему алгоритму: накопление и выборка обработанных спутниковых данных за семидневный период с целью составления в конце срока «радиационных» матриц ТПО с разрешением от 0,3° до 1,0° географического градуса; накопление, выборка и составление матриц ТПО на соответствующую акваторию на основе анализа измерений температуры воды с судов, буев и береговых станций, полученных за аналогичный семидневный период; составление интегральных цифровых матриц спутниковых и судовых измерений ТПО после введения поправок по поводу влияния атмосферы; составление анал о-говых и цифровых вариантов недельных карт ТПО (пример на рис. 1); занесение карт ТПО в банк данных.
ШЛ1Ш1.Ш 1ШШ.Ш.Ш 11.1111.1111,1111.1111,1 1.1111.1 1.) и 11 1.1ПШ.1ИШ.П LIEUIUULUILU W U tl 1! ЛШ 1! Л1ШШ1.И и LL И Ц 12 1.111 и 12 И К и 11.1 и U 13IL1 LI и ;.i щи 1)13 2.1».) 2.1 13 U Ш.1111.1 1111111111 It Ш.И11.1 и шшшши и и и и 1Ш1.Ш1.Ш1. 1.1ШШЖ
Рис. 1. Пример аналоговой (а) и фрагмента цифровой (б) недельных карт ТПО для района Северо-Восточной Атлантики
Промысловые районы, для которых выполняется построение аналоговых и цифровых карт ТПО, представлены в таблице.
Таблица
Районы Мирового океана, представленные в базе данных всех видов карт ТПО
Районы Год начала построения Координаты
Северо-Восточная Атлантика (СВА) 1987 50-76° с. ш. / 42° з. д.-59° в. д.
Северо-Западная часть Тихого океана (СЗТО) 1990 30-66° с. ш. / 136° в. д.-165° з. д.
Центрально-Восточная Атлантика (ЦВА) 2004 15-30,5° с. ш. / 21-9,5° з. д.
Юго-Западная Атлантика (ЮЗА) 1987 34-56° ю. ш. / 70-48° з. д.
Акватория острова Южная Георгия 1999 45-60° ю. ш. / 50-30° з. д.
Северо-Западная часть Индийского океана (СЗИО) 1990 15° с. ш.-10° ю. ш. / 45-75° в. д.
Юго-Восточная Атлантика (ЮВА) 1988 0-36° ю. ш. / 6° з. д.-21° в. д.
Юго-Восточная часть Тихого океана (ЮВТО) 1986 0-50° ю. ш. / 100-68° з. д.
На основе карт недельной дискретности выпускаются следующие карты анализа ТПО пром-районов: среднемесячные карты ТПО; карты тенденций ТПО (сравнение с предыдущим месяцем); карты разницы ТПО (сравнение с аналогичным месяцем прошедшего года (или других лет); карты аномалий ТПО (сравнение с климатическими данными ТПО), которые по запросу передаются заказчикам. Пример комплекта карт анализа ТПО месячной дискретности представлен на рис. 2.
Для решения специализированных задач, связанных с изучением влияния ТПО на различные биологические процессы (развитие и выживаемость молоди, формирование нерестового и промыслового запасов, особенности миграций и т. д.), а также на ход и итоги промысла осуществляется построение долгопериодных карт ТПО сезонной, годовой и многолетней дискретности. После математической обработки соответствующие цифровые карты ТПО используются для сравнительного анализа температурных характеристик водной среды с различными биологическими показателями и динамикой уловов. Результаты этих исследований используются для нахождения годов-аналогов по температурным условиям промысла гидробионтов.
Так, для оценки влияния температурных условий на важные периоды жизненного цикла азиатской горбуши (Oncorhynchus gorbuscha): раннего морского периода обитания молоди после ската (май - июль), зимнего обитания (январь -март) и подхода на нерест (июль - октябрь) анализируются карты распределения ТПО и аномалий ТПО среднемесячной и среднесезонной дискретности, построенные на основании данных с ИСЗ серий «HIMAWARI» и GOES (рис. 3).
Рис. 2. Пример карт среднемесячного анализа ТПО для района Центрально-Восточной Атлантики
Рис. 3. Примеры карт распределения аномалий ТПО месячной (а) дискретности в Сахалино-Курильском регионе и сезонной (б) дискретности в районах зимнего обитания горбуши в СЗТО
Конкретные аналитические расчеты ТПО производятся для реперных зон (РЗ): Восточного Сахалина (РЗ № 1 - северо-восточная часть, РЗ № 2 - юго-восточная часть, включая часть залива Терпения), Южных Курил (РЗ № 3 - залив Простор острова Итуруп, РЗ № 5 - охотоморская часть южных Курильских островов) и открытой части СЗТО (РЗ № 4) (рис. 4). При анализе учитывается, что горбуша имеет поколения четных и нечетных лет.
Рис. 4. Расположение РЗ на фрагментах среднемесячных карт ТПО СЗТО в разные периоды жизненного цикла горбуши: а - скат в июне 2017 г. (РЗ №№ 1-3); б - зимовка в марте 2018 г. (РЗ № 4); в - подход на нерест в августе 2018 г. (РЗ № 1, РЗ № 2, РЗ № 5)
Результаты исследований показали наличие связей между изменчивостью температурных условий обитания горбуши в разные периоды ее жизни и последующими итоговыми выловами [2, 3]. Так, например, для периода основного подхода горбуши на нерест в прибрежные воды южных Курильских островов (в РЗ № 5) получилась сильная обратная корреляционная зависимость (-0,75) между средней температурой в августе для четных лет (2002-2018 гг.) и результатами итогов промысла южно-курильской горбуши в эти годы, а для нечетных (2001-2017 гг.) лет эта же связь оказалась менее тесной (-0,47) (рис. 5). При этом оптимальный температурный диапазон для подхода горбуши к местам нереста составил 13-16°С.
Рис. 5. Зависимость между среднемесячными значениями ТПО в РЗ № 5 в августе и вытовами южнокурильской горбуши: а - для четных лет - 2002-2018 гг.; б - нечетных лет - 2001-2017 гг.
Другое направление применения данных спутникового мониторинга ТПО - изучение воздействия температурных факторов на формирование запасов промысловых гидробионтов.
Так, спутниковый мониторинг ТПО промысловых районов Норвежского и Баренцева морей (на основе данных с ИСЗ серии «NOAA») предоставил возможность произвести оценку влияния температурных условий на итоговую биомассу общего запаса северо-восточной арктической трески (Gadus morhua). Для решения этой задачи производились расчеты средних значений ТПО в зоне нагула трески (рис. 6) для периода 1998-2016 гг. Полученные результаты сравнивались с численностью общего запаса трески следующего года (данные Рабочей группы ICES по арктическому рыболовству) [4].
Рис. 6. Пример карт ТПО основной зоны нагула северо-восточной арктической трески (выделена фиолетовой линией)
месячной (а) и годовой (б) дискретности
Результаты сравнительного анализа показали наличие положительной зависимости между этими показателями - коэффициент корреляции со среднегодовыми значениями ТПО в зоне нагула трески составил +0,49. Наилучшая корреляция наблюдалась в октябре (+0,67) (рис. 7).
Спутниковый мониторинг ТПО также используется для выявления влияния ТПО на начало, ход и объемы промысла различных гидробионтов [5]. Так, для установления доминантных факторов, связанных с конкретной гидрологической ситуацией в зоне промысла аргентинского кальмара (Шex argentinus) в Юго-Западной Атлантике, проводился сравнительный межгодовой
анализ ТПО, градиентов ТПО и изменчивости положения стрежня Фолклендского течения на 46° ю. ш. и данных по уловам кальмара с 1989 по 2016 г.
Рис. 7. Зависимость численности общего запаса северо-восточной арктической трески от среднегодовых (а)
и среднемесячных (б) показателей ТПО (сдвиг в 1 год)
В анализе использовались среднемесячные карты ТПО, карты градиентов ТПО в январе (базовый месяц при прогнозировании хода промысла кальмара на текущий сезон) в аналоговом и цифровом видах (рис. 8), значения градиентов ТПО января в основном промысловом квадрате 46°-47° ю. ш. и 60°-61° з. д. и данные по уловам кальмара.
Комплексный анализ промысловых данных и гидрологических показателей на данный период наблюдений выявил обратную зависимость между среднесуточными уловами кальмара на Патагонском шельфе за пределами 200-мильной исключительной экономической зоны (ИЭЗ) Аргентины и величиной градиентов ТПО в январе в промысловом квадрате 46°-47° ю. ш. 60°-61° з. д. Образование максимальных градиентов ТПО в этом районе препятствует выходу кальмара на склон шельфа за пределы ИЭЗ (рис. 9).
Смещение на восток или на запад в районе 46° ю. ш. стрежня Фолклендского течения относительно границ ИЭЗ Аргентины в январе ведет к изменениям объемов промысла 111ех а^епИпш за год в целом (рис. 10).
Рис. 8. Карты среднемесячного анализа ТПО ЮЗА Рис. 9. Значения градиентов ТПО ЮЗА
в январе 2016 г. и основной промысловый квадрат в январе 1989-1995 гг. в промысловом квадрате 46° ю. ш.
в январе 1989-1995 гг. (т в сутки)
Рис. 10. Отклонение стрежня Фолклендского течения от границ 200-мильной ИЭЗ Аргентины
на 46° ю. ш. в январе 1989-2016 гг. и вылов аргентинского кальмара судами Республики Корея в 1990-2016 гг.
В целом аналоговые и цифровые картографические материалы мониторинга ТПО в промысловых районах представляют собой многолетнее непрерывное информационное поле, позволяющее осуществлять:
- оперативное отслеживание динамики полей температуры основных промысловых районов Мирового океана;
- ретроспективный анализ синоптической, месячной, сезонной и межгодовой изменчивости ТПО в промысловых районах для использования в качестве дополнительного прогностического информационного ресурса;
- сравнительный анализ влияния среды на условия нереста, выживаемость и развитие молоди гидробионтов в различные периоды их жизненных циклов и условия промысла объектов в зонах действия рыболовных судов Российской Федерации.
