Научная статья на тему 'Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря в современный период'

Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря в современный период Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
132
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Матишов Г. Г., Гаргопа Ю. М.

Современные гидрометеорологические условия формирования биопродуктивности Азовского моря в основном благоприятны (повышенная водность рек, сильное распреснение моря, сравнительно холодные зимы). К неблагоприятным можно отнести резко выраженную ветровую депрессию, потепление вод в летний период, асинхронность в колебаниях стока рек. Аномальность гидрометеорологических процессов вызвана сменой в 50-х и 80-х годах ХХ века макроциркуляционных эпох.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Enormous hydrometeorological conditions in the formation of biological productivity of the sea of Azow

Modern hydrobiological conditions of the formation of biological productivity of the Sea of Azow are optimal because of the high amount of river flow, enormous low salinity and comparatively cold winters. Such peculiarities as summer wind depression and not synchronous of the river flow is caused by the changes of macrocyrculation epoch in 50th and 80th of XX century.

Текст научной работы на тему «Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности Азовского моря в современный период»

Аномальность гидрометеорологических условий формирования биопродуктивности азовского моря в

современный период

Матишов Г.Г. (1),Гаргопа Ю.М. ( еагеора@ mmbi.krinc.ru) (2)

(1)-Мурманский морской биологический институт КНЦ РАН, (2) - Азовский филиал Мурманского морского биологического института КНЦ

РАН

Общей чертой Каспийского, Черного и Азовского морей является полная или почти полная изолированность от Мирового океана, которая обуславливает повышенную зависимость их режима и биопродуктивности от материкового стока и климатообразующих процессов в атмосфере.

В предшествующих работах [2, 3, 5-7] на количественном уровне было показано, что развитие экосистемы Азовского моря во многом предопределяется изменениями речного стока во-взаимодействии с колебаниями температуры воздуха и ветра, обусловленными в свою очередь структурой многолетней изменчивости атмосферной циркуляции (АЦ).

Основные физико-химические характеристики (соленость, термохалинная структура и вертикальная устойчивость вод, биогенные вещества) формируются главным образом речным стоком во взаимодействии с температурой воздуха и ветром преимущественно за рассматриваемый год и 4-6 предшествующих. Для первичной продукции органического вещества, биомасс фито и зоопланктона, зообентоса этот период помимо рассматриваемого года включает 2-7 предшествующих. Решающий вклад в динамику численности и структуры популяций, уловов, запасов и промыслового возврата поколений полупроходных и некоторых проходных рыб вносит сток рек его бассейна (особенно половодный) в рассматриваемый и 3-6 предшествующих года. Для многолетних колебаний подобных показателей осетровых рыб определяющее значение имеет величина стока рек Дон и Кубань в наиболее важные периоды их воспроизводственного цикла рассматриваемого года, а также 9-12 и более предшествующих лет. Выявлено, что влияние речного стока на различные физико-химические и гидробиологические характеристики Азовского моря неоднозначно, но результирующий эффект положителен. Влияние характера процессов в атмосфере ещё более неоднозначно и противоречиво. Но в целом биопродуктивность Азовского моря возрастает в периоды развития западной формы АЦ и в

значительно меньшей степени при доминировании северной (С), а в годы повышения повторяемость восточной (Е) - уменьшается. В первом случае приток речных вод и пресный баланс Азовского моря увеличиваются, а соленость понижается, во-втором же результат обратный. Наиболее важен характер атмосферных процессов холодного времени рассматриваемого года и 2-5 предшествующих.

В последние 10-15 лет АЦ характерны резко выраженные особенности: рост повторяемости в холодное время года западной и северной форм АЦ, при снижении частоты появления восточной. Повторяемость указанных типов макропроцессов, установленных Г.Я.Вангенгеймом [1] в годовом отношении близка к среднемноголетним (1891-2001 гг.) величинам.

Следствием стал ряд аномальностей в многолетних колебаниях элементов водного баланса, характеристик термического, ветрового и уровенного режимов, термохалинной структуры его вод и необычайное распреснение Азовского моря в последние десять лет до значений 70-летней давности (10-11%о).

Анализ подобных изменений и их причин важен не только в теоретическом, но и практическом отношениях, поскольку гидрофизическая структура вод Азовского моря в целом и его соленость в частности в значительной мере определяет пространственно-временную структуру распределения планктонных и донных сообществ гидробионтов, скоплений, распределения и миграций полупроходных, проходных и морских видов рыб по акватории моря.

Следствием территориального, внутригодового и межгодового перераспределения, а также различий в направленности климатических условий формирования стока рек Дон и Кубань стало уменьшение степени синхронности, синфазности в многолетних колебаниях их водности, появление и усиление асинхронности и асинфазности. Наиболее выражены эти изменения со второй половины 80-х годов ХХ века, когда произошла указанная ранее смена характера атмосферной циркуляции и особенно в холодное время года.

Речной сток увеличился (главным образом р.Кубань) до 35-36 км3/год, в том числе в осенне-зимнее время почти на 4 км3/год или треть. Вместе с тем, вероятность формирования в гидрографической сети во время весенне-летнего половодья водного режима, благоприятного для воспроизводства проходных и полупроходных рыб Азовского моря составляет не более 10% на донских и 20% на кубанских нерестилищах, что в 8 и 4 раза соответственно уступает аналогичному показателю естественного периода.

Для фазы современного распреснения Азовского моря в целом свойственны те же закономерности формирования его солености под влиянием речного стока, что и ранее. Однако для этого периода характерно некоторое снижение вклада в межгодовые колебания солености Азовского моря и особенно Таганрогского залива речного стока (соответственно от г=-0.97 и -0.89 до г=-0.87...-0.90 и г=-0.42...-0.51) и относительное усиление влияния других составляющих его водного баланса и особенно водообмена с Черным морем, а также атмосферной циркуляции. Обусловлено это не только изменениями в последние 15 лет характера климатообразующих процессов в атмосфере (рост повторяемости в холодное время года макропроцессов W и С, снижение частоты появления типа Е и развитие всех форм в целом за год на уровне близком к норме), но и с некоторым уменьшением воздействия антропогенного сокращения стока рек. Тем не менее следует подчеркнуть, что влияние многолетних колебаний речного стока на изменения средней солености Азовского моря, по сравнению с другими элементами водного баланса, является решающим и в современный период, хотя статистически это выражено несколько слабее. Межгодовые изменения солености Азовского моря в целом как и для ряда 1960-1986 гг. в наибольшей степени коррелирует с суммарным стоком за рассматриваемый и 4-5 предшествующих лет. В то же время пространственно-временная структура полей солености в Азовском море, характер и степень сопряженности изменчивости её параметров с колебаниями стока рек иные по сравнению с 1960-1986 гг.

Действительно, как было показано ранее [2, 3, 6] теснота обратной связи между годовым объемом суммарного стока рек Дон и Кубань с одной стороны и среднегодовой соленостью вод Азовского моря в различных точках постепенно уменьшается в направлении с северо-востока на юго-запад от Таганрогского залива (г=-0.76.-0.94) к Арабатской стрелке и Керченскому проливу (г=-0.21 .-0.33). Пространственное распределение изолиний коэффициентов корреляции четко отражало плавное уменьшение опресняющего влияния стока основных рек по мере отдаления от их устьев и усиление осолоняющего воздействия притока черноморских вод через Керченский пролив. Статистически наименьшее влияние речной сток первого года оказывал на межгодовые изменения солености в западной части центрального, а также в северо-западной предпроливного и восточных частях, прилегающего к Арабатской стрелке, районов. На основании этого предполагалось, что эта часть акватории Азовского моря является, видимо, наиболее «застойной», для которой свойственна малая межгодовая изменчивость не только солености, но, вероятно, и

некоторых других гидролого-гидрохимических и биотических параметров. По крайне мере можно было утверждать минимум их изменчивости, связанной с многолетними колебаниями речного стока, или замедленную реакцию на его межгодовые вариации.

Современный период отличается отсутствием, характерного для предшествующих лет статистически четко выраженного влияния речных вод и на пространственное распределение солености в Азовском море.

Наименее существенна реакция солености азовоморских вод на межгодовые колебания стока рассматриваемого года в районах прилегающих к северному берегу собственно моря и особенно (10-15%) между косами Федотова и Обиточная, а также на большей части центрального района. Более значителен вклад флуктуаций годового стока в колебаниях солености западного и юго-западного районов, примыкающих к Арабатской стрелке (45-51%). Ещё более существенен (47-72%) он для восточной половины собственно моря распресняемой стоком реки Кубани, для которой в большую часть современного периода характерна исключительная климатообусловленная многоводность. Максимум же (около 87-88%) приходится на акваторию непосредственно прилегающую к входу в Керченский пролив, вариабельность солености вод которой отражает характер и интенсивность водо и солеобмена Азовского моря с Черным.

Уровень Азовского моря в современных условиях повышен и относительно стабилен. Связано это не только с положительным, начиная со второй половины 70-х годов ХХ-века, трендом в межгодовых вариациях пресного баланса моря (суммарное поступление пресных вод с речным стоком и атмосферными осадками за вычетом потерь на испарение), но и с факторами тектонического происхождения, а также и с эвстатическим подъемом уровня средиземных морей (в том числе Черного) и Мирового океана [4].

Анализ многолетних (1945-2000 гг.) колебаний среднегодовой температуры вод поверхностного слоя прибрежных районов Азовского моря (наблюденной гидрометстанциями России и Украины) позволяет отнести последние 12 лет ХХ века и начало ХХ! к преимущественно теплым в сравнении со средней температурой воды для рассматриваемого 56-58 летнего периода. Однако некоторые годы (1992, 1993, 1997) были относительно холодными. Большинство весен также оказалось теплыми, особенно в первые (1989, 1990) и последние (1999, 2000) годы. Летние месяцы в течение 15-17 лет имели повышенный температурный фон (особенно 1998-2002 гг.). Последняя четверть ХХ века представлена чередующимися короткими периодами

похолодания (1976-1977, 1985-1988 гг.) и потепления (1978-1984, 1989-1992, 1994-1996 гг.) на фоне в среднем слабо выраженных более длительных фаз пониженных (19781988 гг.) и повышенных (1989-2000 гг.) осенних температур воды. Зимы для большинства районов Азовского моря в последние 14-18 лет стали преимущественно несколько холоднее (особенно 1984-1999, 2002 гг.) по сравнению со средними ее показателями второй половины ХХ века.

Для последних 50-60 лет в изменениях среднегодовой скорости ветра наблюденной в прибрежных районах гидрометстанциями Роскомгидромета прослеживаются два периода примерно одинаковой продолжительности. Первый с середины 40-х до начала-середины 70-х годов ХХ века с повышенной ветровой активностью и второй с пониженной в дальнейшем. Причем особенно существенное уменьшение скоростей ветра наблюдается с 1988 г. В многолетних изменениях весенних и летних скоростей ветра положительная аномальность преобладает до начала 60-х годов. В дальнейшем, до середины-конца 70-х годов ветровая активность близка к норме, а в последующие годы ей уступает. В колебаниях осенних скоростей ветра период с преимущественно пониженными характеристиками длительностью более 30 лет наступил после 1969 г. Особено резко пониженными скоростями ветра отличаются зимы последних 15 лет. В целом понижение среднегодовых и среднесезонных скоростей ветра с середины 40-х годов до конца ХХ - начала ХХ1 веков составляет около 1.2-1.5 м/с.

Направленность тенденций и трендов, длительность периодов похолодания и потепления, время их начала и окончания, степень аномальностей в многолетних колебаниях температуры поверхностных вод побережья Азовского моря отличаются между собой и не всегда в полной мере совпадают с аномальностью и периодичностью в многолетних изменениях температуры воздуха. Объясняется это соответствующими особенностями местных климатообразующих условий и в первую очередь общей и местной атмосферной циркуляции, морфологии и морфометрии береговой черты и дна, а также определяемыми ими различиями процессов плотностной стратификации, горизонтальных и вертикальных адвекций и, наконец различиями физических свойств и аномальностей вод разной солености. Изложенное в целом относится и к ветровому режиму различных частей побережья Азовского моря и в значительной степени объясняется теми же причинами.

Обращает на себя внимание тот факт, что устойчивая смена знаков аномалий в многолетних вариациях характеристик ветрового и термического режимов, водности

рек и других элементов водного баланса Азовского моря совпадают по времени со сменой в 50-х - 60-х и 80-х годах ХХ века макроциркуляционных эпох.

Первая из них в сочетании с антропогенным сокращением стока рек привела к известному осолонению Азовского моря в 1972-1976 гг. почти до 14.0%о, а вторая, несмотря на существенный уровень безвозвратных изъятий речного стока, к его распреснению в 1993-2002 гг. до 10-11%, величинам характерным для 20-х - 30-х годов ХХ века. Ранее [3, 6] было доказано, что осолонение Азовского моря было вызвано развитием в холодное время года восточного типа АЦ, а распреснение ростом повторяемости западного и северного. Синоптические условия в первом случае вызывают резкое снижение водности рек и значительный рост адвекций черноморских вод, во-втором пресный баланс увеличивается, а интенсивность водо и солеобмена с Черным морем через Керченский пролив падает.

Таким образом, к основным,. преимущественно климатообусловленным особенностям гидрометеорологического режима Азовского моря в современных условиях (главным образом последних 10-15 лет) относятся:

1. Близкая к норме годовая повторяемость всех форм атмосферной циркуляции при аномальном развитии в холодное (и особенно зимнее) время года макропроцессов зонального и меридионального (С) типов и резком уменьшении частоты появления восточного (Е);

2. Некоторое ослабление влияния межгодовых вариаций речного стока на многолетнюю изменчивость солености Азовского моря и усиление воздействия на нее атмосферных процессов;

3. Отсутствие характерного для предшествующих лет, статистически четко выраженных закономерностей влияния на соленость стока р.Дон и рост воздействия водности р.Кубань, малых рек Восточного и Северного Приазовья, распресненных сбросных вод из Сиваша;

4. Уменьшение степени межгодовой изменчивости солености вод Азовского моря и особенно в Таганрогском заливе, обусловленное главным образом резким снижением вариабельности стока р.Дон при некотором ее росте у р.Кубань, сменой синхронности и синфазности в многолетних колебаниях их водности на асинхронность и асинфазность, определившими значительное сглаживание флуктуаций суммарного притока пресных вод в Азовское море;

5. Потепление прибрежных азовоморских вод в целом, наиболее выраженное для летнего периода, при относительно «холодных» зимах;

6. Резко выраженная во все сезоны (особенно в зимний период) ветровая депрессия;

7. Повышение водности рек (главным образом р.Кубань) и особенно в осенне-зимнее время;

8. Высокое стояние уровней воды в Азовском и Черном морях;

9. Снижение интенсивности водообмена через Керченский пролив, уменьшение стока распресненных азовоморских и притока соленых черноморских вод;

10. Экстремальное распреснение Азовского моря в последние 10 лет до величин близких к его характеристикам примерно 70-летней давности.

Современные гидрометеорологические условия формирования

биопродуктивности Азовского моря в основном благоприятны (относительно повышенная водность рек, распреснение Азовского моря, сравнительно холодные зимы). К неблагоприятным климатообусловленным факторам можно отнести резко выраженную ветровую депрессию и с некоторой долей неопределенности потепление азовоморских вод в целом и особенно в летнее время. Можно предполагать, что наблюдаемое с конца 80-х годов прошлого столетия расширение в летний период зон с дефицитом кислорода в придонных слоях Азовского моря и рост в нем первичного продуцирования органического вещества в значительной степени связано с повышением температурного фона и резко выраженной ветровой депрессией.

Есть достаточно оснований ожидать, что преимущественно благоприятные тенденции в климатообусловленных изменениях гидрометеорологических основ формирования биопродуктивности Азовского моря сохраняться и в первой четверти ХХ1 века. Однако положительный эффект подобного развития процессов в атмосфере в полной мере скажется лишь при условии сокращения изъятий стока (до 5-6 км3/год или 14-15% годового объема) и восстановления пространственно-временной структуры его колебаний (особенно в период половодья) до параметров, приближающихся к естественным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вангенгейм Г.Я. // Метеорология и гидрология. 1938. №3. С.38-58.

2. Гаргопа Ю.М. // Гидробиологический журнал. 1988. Т.24. №6. С. 63-67.

3. Гаргопа Ю.М. В кн.: Закономерности океанографических и биологических процессов в Азовском море. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2000. С. 5-81.

4. Михайлов В.Н., Повалишникова Е.С., Зудилина С.В. и др. // Водные ресурсы. 2001. Т.28. №6. С. 645-654.

5. Современное развитие эстуарных экосистем на примере Азовского моря. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1999. 366 с.

6. Среда, биота и моделирование экологических процессов в Азовском море. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2001. 413 с.

7. Экосистемные исследования Азовского моря и прибрежья. / Отв. ред. акад. РАН Г.Г.Матишов. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. 447 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.