THE REGIONAL MODEL TO CALCULATE THE BLACK SEA PRIMARY PRODUCTION USING SATELLITE COLOR SCANNER SEAWIFS
Keywords:
Black Sea, model, satellite, primary production, chlorophyll, light, phytoplanktonAbstract
The low parametric regional model to calculate the Black Sea primary production using satellite color scanner SeaWiFS was developed and applied for computation the primary production values for the period of 1998 - 2004. In the model the results of study of the photosynthetic characteristics of the Black Sea phytoplankton as well as vertical chlorophyll distribution were used that was the base of the regional algorithm development. Under applied parameterization simultaneous effect of photon flux density, temperature and chlorophyll concentration in the surface layer on photosynthetic parameters of photosynthesis- light curve and their variability with depth were taken into consideration. The regularities founded were united with satellite data of these parameters to estimate the spatial-temporal variability of the phytoplankton photosynthetic characteristics. Joint application of the satellite data and the model calculations allowed for the first time to have the full picture of the spatial-temporal variability of the phytoplankton production for the whole basin and to estimate its inter - annual dynamics for the special regions. The value mean of the primary production in all the Black Sea obtained from our computations is given as 212 gС m-2 year-1, or 81 million ton С for the whole basin.
References
Ведерников В. И., Демидов А. Б. Сезонная изменчивость первичной продукции и хлорофилла в открытых районах Чёрного моря / Зимнее состояние экосистемы открытой части Чёрного моря. - Ред. М. Е.Виноградов. - М: РАН ИО им. П. П.Ширшова, 1992. – С. 71 – 89.
Ведерников В.И., Демидов А.Б. Долговременная и сезонная изменчивость хлорофилла и первичной продукции в восточных районах Чёрного моря / Комплексные исследования северо-восточной части Чёрного моря. - Ред. А. Г. Зацепин, М.В.Флинт. – М: Наука, 2002.- С. 212-234.
Виноградов М.Е, Сапожников В.В Шушкина Э.А. Экосистема Чёрного моря. - М: Наука, 1992.-112 с.
Дацко В.Г. Органическое вещество в водах южных морей СССР. - М: АНСССР, 1959. - 271с.
Ерлов Н. Оптическая океанография. - М: Мир, 1970. - 224 с.
Копелевич О. В. Мало-параметрическая модель оптических свойств морской воды / Оптика океана, 1: Физическая оптика океана. Ред. А.С. Монин. – М: Наука, 1983. - С. 208 - 234.
Левин И. М., Николаев В. П. Об оценке вертикального ослабления квантовой облученности в области фотосинтетически активной радиации в Чёрном море // Океанология - 1992. - 32, вып. 2. С.241-245.
Маштакова Г.П. Сезонная динамика фитопланктона в восточной части Чёрного моря // Тр. АзЧерНИРО – 1968. - вып.27. С.52-59.
Маштакова Г.П., Роухияйнен М.И. Сезонная динамика фитопланктона // Основы биологической продуктивности Чёрного моря. - Ред. В. Н. Грезе. - Киев: Наук. думка, 1979. - С. 85-88.
Микаэлян А.С., Нестерова Д.А., Георгиева Л.В. Зимнее «цветение» Nitzschia delicatula в открытых водах Чёрного моря / Зимнее состояние экосистемы открытой части Чёрного моря. - Ред. М.Е.Виноградов. - М: РАН ИО им. П. П.Ширшова, 1992. – С. 58-71.
Морозова-Водяницкая Н.В. Фитопланктон в Чёрном море и его количественное развитие. // Тр.Севаст.биолог.станции. – 1957. – 9. - С. 3-13.
Нестерова Д. А. Открытые районы / Северо-западная часть Чёрного моря: биология и экология.- Ред. Зайцев Ю.П., Александров Б. Г., Миничева Г. Г.- Киев: Наук. думка, 2006. – С. 175-184.
Овчинников И.М., Попов Ю.И. Формирование холодного промежуточного слоя в Чёрном море //Океанология. - 1987. - 27, №5. - С. 739 - 746.
Погосян С. И. Состояние растительных организмов в природных условиях и окислительное
Погосян С.И., Маторин Д.Н., Волкова Э.В. и др. Флуоресцентные методы оценки состояния фитопланктона в Чёрном море / Комплексные исследования северо-восточной части Чёрного моря.- Ред. А.Г.Зацепин, М.В.Флинт. – М: Наука, 2002. - С.436 - 447
Сорокин Ю.И. Продукция фитопланктона в Чёрном море // ДАН СССР. - 1962. – 144. - С.914-917.
Сорокин Ю.И. Первичная продукция фотосинтеза в Чёрном море // Изв. АН СССР, серия биол. – 1964. - №5. - С. 749 - 757.
Сорокин Ю.И. Чёрное море. - М: Наука, 1982. – 216 с.
Сорокин Ю.И., Сухомлин А. В, Сорокина О.В. Первичная продукция фитопланктона в Чёрном море в конце зимы - начале весны 1991 / Зимнее состояние экосистемы открытой части Чёрного моря. Ред. М.Е.Виноградов. - М.: РАН ИО им. П.П. Ширшова, 1992. - С. 72 - 77.
Суслин В. В., Чурилова Т.Я., Сосик Х.М. Региональный алгоритм расчёта концентрации хлорофилла а в Чёрном море по спутниковым данным SeaWiFS //Морск. экол. журн. - 2008. – 7, №2. – С..24 – 42.
Титов В.Б. Сезонная и многолетняя изменчивость климатических условий над акваторией Чёрного моря / Комплексные исследования северо-восточной части Чёрного моря. - Ред. А. Г. Зацепин, М. В.Флинт. - М: Наука, 2002. - С.9 - 20.
Финенко З. З. Первичная продукция южных морей / Вопросы биоокеанографии.- Киев: Наук. думка, 1967. - С.74-82.
Финенко З. З. Расчёт продукции фитопланктона в Чёрном море по содержанию хлорофилла // Биология моря.- 1970. - вып.19.- С.74-82.
Финенко З. З. Продукция фитопланктона / Основы биологической продуктивности Чёрного моря. – Ред. В. Н. Грезе. - Киев: Наук. думка, 1979. - C. 88-97.
Финенко З. З., Крупаткина Д. К. Первичная продукция в Чёрном море в зимне-весенний период //Океанология. - 1993.- 33, №1. - С. 97 - 104.
Финенко З.З., Чурилова Т.Я., Сосик Х.М. и др. Изменчивость фотосинтетических параметров фитопланктона в поверхностном слое Чёрного моря // Океанология. - 2002.- 42, №1. - С. 60 - 75.
Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Сосик Х. М. Вертикальное распределение фотосинтетических характеристик фитопланктона в Чёрном море // Океанология. - 2004. - 44, №2. - С. 222-237.
Финенко З.З., Чурилова Т.Я., Ли Р.И. Вертикальное распределение хлорофилла и флуоресценции в Чёрном море // Морск. экол. журн.- 2005.- 4, №1. - С.15-45.
Чеботарев Ю.С., Моисеев Е.В., Копылов А.И. Сезонные изменения биогенов и первичной продукции фитопланктона в прибрежной зоне Чёрного моря в районе Геленджикской бухты / Сезонные изменения черноморского планктона. – М: Наука, 1983. – С. 84 - 91.
Antoine D., Morel A. Oceanic primary production. 1. Adaptation of spectral light-photosynthesis model in view of application to satellite chlorophyll observations // Global Biogeochemical cycles. - 1996. - 10, №1. - P. 43 - 55.
Behrenfeld M. J., Boss E., Siegel D. et al. Carbonbased ocean productivity and phytoplankton physiology from space // Global Biogeochemical Cycles. - 2005. – 19, GB1006. - P.1-14
Behrenfeld M. J., Falkowski P.G. A consumer’s guide to phytoplankton primary productivity models // Limnol. Oceanogr. - 1997.- 42, № 7.- P. 1479-1491.
Behrenfeld M. J., Falkowski P.G. Photosynthetic rates derived from satellite-based chlorophyll concentration // Limnol. Oceanogr. - 1997. - 42 , № 1. - P. 1 - 20.
Berger W. N. Appendix - Global maps of ocean productivity // Productivity of the Ocean Present and Past. - Eds. W. H. Berger, V.S. Smetacek and G. Wfer. John Wiley & Sons, New-York, 1989. - P. 429 - 455.
Bosc E., Bricaud A., Antoine D. Seasonal and interannual variability in algal biomass and primary production in the Mediterranean Sea, as derived from 4 years of SeaWiFS observations // Global Biogeochem. Cycles - 2004. – 18, Gb1005. - P.1 - 15
Claustre H., Babin M., Merien D. Toward a taxonspecific parameterization of bio-optical of primary production: A case study in the North Atlantic // J. Geophys. Res. - 2005. – 110, CO7S12. - P. 1-17.
Eppley R., Stewart W. E., Abbot R. M., Heyman V. Estimating ocean primary production from satellite chlorophyll, introduction to regional differences and statistics for the Southern California Bight // J. Plankton Res. – 1985.- 7. – P. 57-70
Falkowski P.G., Raven J.A. Aquatic photosynthesis in biogeochemical cycles / Aquatic photosynthesis. –Eds. P.G. Falkowski and J.A Raven. - Blackwell Science, 1997. – P. 300-335
Falkowski P. G. Light-shade adaptation and assimilation numbers // J. Plankton Res. - 1981. - 3. – P. 203-217.
Geider R.J. Quantitative phytoplankton physiology: implications for primary production and phytoplankton growth // ICES mar. Sci. Symp . - 1993. - 197. - P. 52 - 62.
Gregg W.W., Garder K.L. A simple spectral solar irradiance model for cloudless maritime atmospheres // Limnol. Oceanogr. – 1990. – 35. – P. 1657-1675
Hiscock M. R., et al. Primary productivity and its regulation in the Pacific Sector of the Southern Ocean // Deep-Sea Res. II. - 2003. - 50. - P.533 - 558.
Hoepffner N., Sturm B., Finenko Z., et al. Depthintegrated primary production in the eastern tropical and subtropical North Atlantic basin from ocean color imagery // J. Remote sensing. - 1999. - 20, No 7. - P. 1435 - 1456.
JGOFS Protocols // Protocols for the Joint Global Ocean Flux Study (JGOFS) Core Measurements. Manual and Guides. - 1994. - 29. – P. 1 - 100.
Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Vazyulya S.V. et al. Bio-optical characteristics of the seas of Russia from data of the satellite ocean color scanner // CD-ROM.M. - SIO RAS. -2003.
Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Ershova S.V. et al. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian Seas // Deep-Sea Res. Part II. - 2004. – 51. – P.1063-1091.
Kyewalyanga M. N., Platt T., Sathyendranath S., et al. Seasonal variations in physiological parameters of phytoplankton across the North Atlantic // J. Plankton Res. - 1998. – 20, №1. - P.17 - 42.
Longhurst A., Sathyendranath S., Platt T., Caverhill C. An estimate of global primary production in the ocean from satellite radiometer data // J. Plankton Res. - 1995. – 17, No6. - P.1245-1271.
MacIntyre H.L., Kanaq T.M., Anning T., et al. Photoacclimation of photosynthesis irradiance response curves and photosynthetic pigments in microalgae
and cyanobacteria // J. Phycol. – 2002. – 38. – P. 17-38
Maranon E., Holligan Р.М. Photosynthetic parameters of phytoplankton from 50ºN to 50ºS in the Atlantic Ocean // Mar.Ecol.Prog.Ser. -1999. - 176. - P.191-203.
O’Reilly J.E., Maritorena S., Mitchell B.G. et al. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS // J. Geophys. Res. - 1998. – 103, NoC11. - P.24,937-24,953.
Platt T., Gallegos C.L., Harrison W.G. Photoinhibition of photosynthesis in natural assemblages of marine phytoplankton // J.Mar.Res. - 1980. - 38, No4. - P.687 – 701.
Platt T., Gallegos C.L., Satyendranath S. Basinscale estimates of oceanic primary production by remote sensing: the North Atlantic // J. Geophysical Res. - 1991. - 96,NoC8. - P. 15,147 – 15,159.
Platt T., Sathyendranath S. Biological production models as elements of coupled, atmosphere ocean models for climate research // J. Geophysical Res. - 1991. – 96 – P. 25,85 -25,92.
Platt T., Sathyendranath S., Caverhill C.M., Lewis M. R. Ocean primary production and available light: further algorithms for remote sensing // Deep-Sea Res. - 1988. - 35,No6. - P. 855 - 879.
Platt T., Sathyendranath S., Ulloa O. et al. Nutrient control of phytoplankton photosynthesis in the Western North Atlantic // Nature. -1992. - 356. - P. 229 - 231.
Steemann Nielsen E., Jensen A. Primary oceanic production the autotrophic production of organic matters in the oceans // “Galathea” Rep. - 1957. - 1. – P. 49 - 136.
Stelmakh L.V., Yunev O. A., Finenko Z.Z. et al. Peculiarities of seasonal variability of primary production in the Black Sea / Ecosystem modeling as a management tool for the Black Sea. - Eds. Ivanov L.I., Oguz T. – Dordrecht: Kluwer Ac.Publish, 1998. – 1. - P.93-103.
Topping J. Errors of observation and their treatment. – London: Chapman and Hall, 1962. -119 pp.
Uitz J, Huot Y, Bruyant F et al. Relating phytoplankton photophysiological properties to community structure on large scales // Limnol. Oceanogr. - 2008. – 53, No 2.- P. 614 - 630.
