Изменения климата, фронтальные зоны и их роль в
advertisement
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА, ФРОНТАЛЬНЫЕ ЗОНЫ И ИХ РОЛЬ В ВОСПРОИЗВОДСТВЕ ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ БАРЕНЦЕВА МОРЯ1 Титов О.В., Ожигин В.К., Иванов С.А., Ившин В.А. Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича В работе рассматривается экологический механизм влияния короткопериодных изменений климата на биологическую и промысловую продуктивность Баренцева моря. Важным элементом этого механизма являются природные условия во фронтальных зонах. Температурные фронтальные зоны проявляются ярче в промежуточных слоях, чем на поверхности и у дна, их пространственное положение является в целом достаточно устойчивым и связано со склонами крупных форм рельефа дна. Наиболее высокие градиенты температуры и увеличение протяженности фронтальных зон возникают в периоды усиления взаимодействия между арктической и бореальной океаническими системами, когда ледовитость Баренцева моря повышена и повышено тепловое состояние атлантических вод поступающих в его южную часть. Такие ситуации возникают при переходе от периодов похолодания к периодам потепления. Когда климат становится более теплым, фронтальные зоны обостряются сначала в пелагиали затем в придонном слое. Увеличение градиентов температуры воды и протяженности фронтальных зон сопровождается увеличением численности пополнения трески и мойвы, наиболее важных промысловых видов рыб в Баренцевом море. При переходе к более мягким климатическим условиям благоприятные условия воспроизводства создаются сначала для пелагических видов рыб (мойва), а затем для донных (треска). В целом, можно полагать, что в периоды перехода от похолоданий к потеплениям в экосистеме Баренцева моря формируется особое состояние, которое играет важную роль в его биологической продуктивности. 1 Исследование выполнено при поддержке РФФИ (проекты №05-05-97519, №05-05-97522), поддержке в рамках региональной целевой программы «Развитие науки, научно-технической и инновационной деятельности в Мурманской области на 2006-2008 гг.» (проект № 1.3.8). 226 ВВЕДЕНИЕ Баренцево море характеризуется достаточно свободным водообменом с Северной Атлантикой и Арктическим бассейном. Еще одной особенностью является большое количество водных масс, различающихся по своим свойствам (рис. 1) [7, 23]. Взаимодействие этих водных масс создает условия для формирования протяженных фронтальных зон [7]. Считается, что благодаря взаимодействию арктических и бореальных вод, Баренцево море отличается высоким уровнем биологической продуктивности и богато водными организмами, важными для промысла [1, 3]. Рис. 1. Водные массы Баренцева моря по [7, 23]. Особо значимыми промысловыми видами в экосистеме Баренцева моря являются мойва и треска. Мойва, наиболее высокочисленный вид, мигрирует для откорма далеко на северо-восток в холодные баренцевоморские и арктические воды, а нерестится в теплых прибрежных водах у побережья Северной Норвегии [28]. Северо восточная арктическая треска, наиболее важный для промысла донный вид, избегает районов с отрицательной температурой, проводит нагул и нерестится в теплых прибрежных и атлантических водах [5]. Распределение, как мойвы, так и трески, изменяется в зависимости от климатических условий и связано с фронтальными зонами в периоды нагула и зимовки [8]. Влияние короткопериодной изменчивости климата на воспроизводство трески рассматривалось в ряде работ. Анализ численности годовых классов трески, сформировавшихся в Баренцевом море в разные по тепловым условиям годы, показал, что сильные годовые классы появляются преимущественно в теплые годы, а слабые годовые классы – в периоды похолоданий, т.е. когда наблюдаются отрицательные аномалии температуры воды [22, 24, 26, 27]. Г.Сэтерсдал и Х.Луенг (G.Sætersdal, H.Loeng) [33] выдвинули гипотезу о том, что воспроизводство трески эволюционно приспособлено к пространственным изменениям области нагула, и показали, что сильные годовые классы появляются преимущественно в периоды, когда наблюдается переход от холодных лет к теплым. Е.М.Ниллсен (E.M.Nillsen) с соавторами [25] выявили аналогичную связь между пополнением стада трески и межгодовыми изменениями температуры. У мойвы каких-либо 227 связей между пополнением промыслового запаса и изменчивостью климатических условий не выявлено. На основе данных, собранных в весенне-летний период на разрезе, пересекающем Полярный фронт в центральной части Баренцева моря, Ф.Рей (F.Rey) с соавторами [30], а также Х.-Р.Шолдал (H.-R.Skjoldal) с соавторами [32] проанализировали особенности весеннего цветения фитопланктона и воспроизводства зоопланктона в годы, значительно различающиеся по климатическим условиям. Однако связи межу параметрами фронтальной зоны и биологической продуктивностью не было обнаружено. Несмотря на наличие целого ряда работ, посвященных фронтальным зонам Баренцева моря [2, 4, 6, 14, 15, 17, 21], они все еще относятся к категории малоизученных. Сведения о межгодовых изменениях характеристик температурных фронтальных зон Баренцева моря в научной литературе отсутствуют. В монографии О.В.Титова [11] выдвинута гипотеза, согласно которой наибольшее обострение горизонтальных градиентов во фронтальных зонах происходит в периоды с относительно повышенной ледовитостью Баренцева моря при одновременном усилении адвекции тепла атлантическими течениями. В этой же книге предложен индекс, позволяющий на основе данных о ледовитости Баренцева моря и температуре воды в слое 0200 м на Кольском разрезе оценить обостренность фронтальных зон. При этом обостренность фронтальных зон может рассматриваться как индикатор силы взаимодействия арктической и бореальной океанических систем. Увеличение значений предложенного индекса совпадает по времени с понижением содержания кислорода в придонном слое на Кольском разрезе, что может являться следствием повышенной биологической продуктивности в фотическом слое и оседания органического вещества на дно. Кроме того, обнаружена значимая связь между изменениями данного индекса и показателями численности годовых классов трески и мойвы. Целью настоящей работы является оценка межгодовой изменчивости параметров фронтальных зон под воздействием короткопериодных флуктуаций климата и изучение связи этой изменчивости с промысловой продуктивностью Баренцева моря. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Работа основана на использовании данных о распределении температуры воды в Баренцевом море на горизонтах 0, 50 и 100 м, а также в придонном слое, в июле-ноябре за период с 1951 по 2003 гг. (около 22 тыс. станций). В июле-ноябре ледовая кромка располагается севернее Полярного фронта, что обеспечивает возможность корректной оценки параметров фронтальных зон, в качестве которых могут служить положение областей с высокими контрастами температуры и значения горизонтальных градиентов. Использовались также временные ряды месячных аномалий температуры воды слое 0200 м на 3-7 станциях Кольского разреза [9, 10], ледовитости Баренцева моря (рис. 2) и насыщения кислородом придонного слоя на этом же разрезе [12]. Аномалии этих параметров были осреднены за период с июля по ноябрь и нормализованы путем деления на соответствующие стандартные отклонения (σi), чтобы обеспечить сопоставимые оценки изменчивости величин, имеющих разную размерность. На основе нормализованных аномалий температуры и ледовитости рассматриваемые годы (1951-2003 гг.) были разделены на четыре группы. Группирование было выполнено с помощью расчета сумм и разностей нормализованных аномалий температуры (Т) и ледовитости (Л), в результате чего получены 2 новых ряда (T+Л и T-Л) (рис. 3). 228 80° N IX X XI 75° N XII VI II IV Кольский разрез 70° N 10° E 20°E Ocean Data View E 70° 60°E 30°E 50°E 40°E T+Л 2000 1995 1990 1985 Т-Х 1950 2000 1995 1990 1985 1980 1975 1970 1965 1960 1955 - Х-Т 1980 + 3 2 1 0 -1 -2 -3 ХОЛ 1975 Ледовитость (Л) T-Л 1970 3 2 1 0 -1 -2 -3 ТЕП 1965 - 3 2 1 0 -1 -2 -3 1960 Температура воды (T) + 1955 3 2 1 0 -1 -2 -3 1950 Нормализованные аномалии Рис. 2. Положение участка Кольского разреза (3-7 станции) и ледовой кромки в различные периоды года. Годы Годы Рис. 3. Временные ряды нормализованных аномалий температуры воды (T) на Кольском разрезе, ледовитости (Л) Баренцева моря, разности (T-Л) и суммы (T+Л) этих аномалий. Основные особенности указанных четырех групп состоят в следующем: 1) Теплые (ТЕП) годы характеризуются положительными аномалиями температуры воды и отрицательными аномалиями ледовитости; (T-Л)>0.5σ1; Эта группа включает 1954, 1955, 1957, 1959, 1960, 1970, 1972, 1973, 1983, 1984, 1990, 1991, 1992, 1995, 1999, 2000, 2001, 2002 гг. 2) Холодные (ХОЛ) годы характеризуются отрицательными аномалиями температуры воды и положительными аномалиями ледовитости; (T-Л)<-0.5σ2; В эту группу входят 229 1958, 1962, 1963, 1965, 1966, 1967, 1968, 1969, 1971, 1977, 1978, 1979, 1980, 1981, 1982, 1987, 1988, 1993, 1998 гг. 3) Переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы – это годы, в которые аномалии как температуры воды, так и ледовитости, были положительными; (T+IC)>0.5σ3; Данную группу составляют 1951, 1959, 1960, 1964, 1967, 1968, 1969, 1973, 1975, 1982, 1983, 1989, 1990,1991, 1992, 2002 гг. 4) Переходные от теплых к холодным (Т-Х) годы характеризуются отрицательными аномалиями и температуры воды, и ледовитости; (T+Л)<-0.5σ4; Группа включает в себя 1953, 1955, 1956, 1957, 1965, 1966, 1971, 1972, 1977, 1978, 1979, 1981, 1984, 1985, 1986, 1987, 1994, 1996, 1997, 2001 гг. При этом следует особо подчеркнуть, что в группу переходных от холодных к теплым (Х-Т) лет входят годы, в которые температура превышала некоторое «балансовое» значение, типичное для данного уровня ледовитости. Это в то же время это означает, что ледовитость Баренцева моря в такие годы была выше, чем обычно наблюдаемая при данных температурных условиях. Исходные данные по температуре на стандартных горизонтах (0, 50, 100 м и у дна) также были разбиты на четыре группы в соответствии с выделенными типами лет. Поскольку площадное покрытие данными некоторых частей Баренцева моря не вполне удовлетворительно как по пространству, так и по времени, акватория моря была разбита на сферические трапеции («квадраты») размером около 60х60 миль (рис. 4). В расчетах использовались данные только тех «квадратов», которые имеют не менее 100 наблюдений. Расчет горизонтальных градиентов температуры выполнялся согласно алгоритму, представленному в работе [6]. a б Рис. 4. Плотность наблюдений за температурой воды в Баренцевом море в июле-ноябре в теплые годы (а) и область, в которой имеется не менее 100 измерений температуры (станций) на «квадрат» размером около 60х60 миль (б). Чтобы получить значение модуля горизонтального градиента в узле с координатами i,j принятой регулярной сетки, сначала рассчитывались его зональная и меридианальная составляющие по формулам: ∂D Di , j +1 − Di , j −1 = (1) ∂x 2 × ∆S1 230 ∂D Di +1, j − Di −1, j = ∂y 2 × ∆S 2 (2) где D - значение параметра в узлах регулярной сетки, точки которой при вычислениях имели следующую индексацию: i+ 1,j ● i,j – 1 ● i,J ● i,j + 1 ● i - 1,j ● ∆S1 - шаг расчетной сетки по параллели, км. Вычислялся по формуле: ∆S1 = 1.852 × λ j +1 − λ j × Cos ϕi+1 + ϕi −1 2 (3) ∆S 2 - шаг расчетной сетки по меридиану, км. При расчетах определялся по формуле: ∆S 2 = 1.852 × ϕ i +1 − ϕ i (4) ϕ и λ - широта и долгота узлов расчетной сетки, град., мин. Модули разностей λ j +1 − λ j и ϕ i +1 − ϕ i вычислялись в географических минутах. Модуль горизонтального градиента, далее по тексту просто горизонтальный градиент, рассчитывался по формуле: 2 ⎛ ∂D ⎞ ⎛ ∂D ⎞ ⎟⎟ GradD = ⎜ ⎟ + ⎜⎜ ⎝ ∂x ⎠ ⎝ ∂y ⎠ 2 (5) Процедура расчетов состояла в следующем. Исходные данные были предварительно разбиты на 4 группы в соответствии с выделенными типами лет. С помощью программы Ocean Data View (ODV) [31] были получены значения температуры воды в ячейках матрицы размером 300×300. Данные, полученные в результате интерполяции, использовались для расчета горизонтальных градиентов на горизонтах 0, 50, 100 м и в придонном слое с помощью специально разработанной для этого программы, реализующей описанный выше алгоритм. К.Н.Федоров [13] предлагает считать фронтальными зонами те участки, на которых горизонтальный градиент (ГФЗ) температуры (солености, плотности) в 10 раз больше, чем климатический градиент (ГК) в рассматриваемом районе. Расчеты, выполненные ранее [6] показали, что климатический градиент температуры воды в Баренцевом море для разных горизонтов и сезонов года не превышает 0.01 °С/км. Расчеты горизонтального градиента температуры воды, проведенные по средним многолетним данным и результатам отдельных океанографических съемок, показали, что в 231 разные месяцы года на разных глубинах на акватории Баренцева моря он меняется от 0.01 до 0.08 °С/км. Был сделан вывод, что для Баренцева моря критерий К.Н.Федорова не применим, и был принят менее строгий критерий – ГФЗ > 2-4 ГК. Исходя из этого, для условий Баренцева моря при расчетах по среднемноголетним данным фронтальной зоной было принято считать те участки моря, на которых горизонтальный градиент температуры воды больше 0.02 °С/км. При расчетах по данным отдельных океанографических съемок фронтальную зону можно выделить там, где горизонтальный градиент температуры воды больше 0.04 °С/км. В данной работе применялся климатический критерий (0.02 °С/км), поскольку в расчетах использовались совокупности данных, подвергнутых осреднению за июль-ноябрь по группам лет, различающихся по климатическим условиям. Для оценки изменений протяженности/ширины температурных фронтальных зон в зависимости от климатических условий производился подсчет количества узлов расчетной сетки со значимым значением градиента на площади, хорошо обеспеченной данными, для рассматриваемых групп лет. Данные по численности пополнения северо-восточной арктической трески в возрасте 3+ и баренцевоморской мойвы в возрасте 1+ заимствованы из отчетов рабочих групп ИКЕС по арктическому рыболовству [18] и северным пелагическим рыбам и путассу [19]. Данные были осреднены по группам лет, указанным выше. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Горизонтальные градиенты температуры воды были рассчитаны на горизонтах 0, 50, 100 м и в придонном слое для каждой из 4 групп лет. Однако остановимся кратко на распределении градиентов лишь на горизонте 50 м и у дна, поскольку они дают достаточно хорошее общее представление о температурных фронтальных зонах Баренцева моря. Положение температурных фронтальных зон в верхнем 100-метровом слое в первом приближении совпадает, однако горизонтальные градиенты на горизонте 50 м выше, чем на поверхности и глубине 100 м. Наиболее высокие градиенты характерны для МедвежинскоШпицбергенского района (рис. 5). По нашему мнению, высокие температурные контрасты формируются за счет того, что в этой части моря еще не трансформированные атлантические воды, имея наиболее высокую температуру в области их распространения в Баренцевом море, вступают в тесный контакт с арктическими водами, характеризующимися отрицательной температурой на всех участках, занимаемых данной водной массой. Продвигаясь в восточном и северо-восточном направлении, атлантические воды значительно трансформируются, что выражается в понижении их температуры и солености [7]. Горизонтальные контрасты в зонах контакта атлантических вод с баренцевоморскими и местными прибрежными водными массами в центральной и восточной частях моря существенно уменьшаются. При принятом нами критерии проявляются участки фронтальных зон на западном склоне Центральной возвышенности и в районе непосредственно к югу от нее, где теплые воды Центральной ветви Нордкапского течения вступают в контакт с холодными водами Центрального желоба. Значимые градиенты наблюдаются и на небольшом участке в районе Гусиной банки. Визуально различия между рассматриваемыми типами лет не обнаруживаются. 232 ХОЛ Х-Т ТЕП Т-Х Рис. 5. Горизонтальный градиент температуры воды (°С/км) на горизонте 50 м в годы, различающиеся по своим климатическим условиям. В целом в промежуточных слоях горизонтальные температурные контрасты выражены значительно лучше, чем на поверхности моря и у дна. Аналогичная особенность проявления температурных фронтальных зон была отмечена ранее [6]. Расчетные значения горизонтальных градиентов, полученные в ходе настоящего исследования, лишь в отдельных случаях превышают 0,04 °С/км и в целом несколько меньше тех, что были получены [6] по среднемноголетним данным (до 0,05-06 °С/км в Медвежинско-Шпицбергенском районе). Различия, вероятно, обусловлены большей степенью осреднения данных, используемых в данном исследовании. В придонном слое (рис. 6) положение температурных фронтальных зон существенно отличается от того, которое наблюдается в вышележащих слоях. Одной из ярких особенностей является обостренный участок, располагающийся вдоль западного склона Шпицбергенской банки. Еще одной особенностью является то, что на южном и восточном склонах Шпицбергенской банки у дна отсутствует участок температурной фронтальной зоны, хорошо выраженный в вышележащих слоях. В работе [6] по среднемноголетним данным для сентября выделяются высокоградиентные участки на обоих склонах банки. Отличием является и фронтальная зона в западной части моря между 72° и 74° с.ш., ориентированная с запада на восток. Ранее [6] по климатическим данным она не выявлена, но хорошо проявлялась при использовании данных отдельных океанографических съемок [8]. 233 ХОЛ Х-Т ТЕП Т-Х Рис. 6. Горизонтальный градиент температуры воды (°С/км) в придонном слое в годы, различающиеся по своим климатическим условиям. Все участки температурных фронтальных зон с повышенными горизонтальными градиентами имеют квазистационарное положение и, как правило, связаны со склонами наиболее крупных форм рельефа дна. На западе моря – это западный и восточный склоны Шпицбергенской банки, в центре – склоны Центральной возвышенности и Центрального желоба, на востоке моря – склоны Гусиной банки. Вывод о квазистационарности температурных фронтальных зон Баренцева моря хорошо согласуется с результатами, представленными в работах [6, 17, 21]. Горизонтальные градиенты температуры воды на горизонтах 0, 50, 100 м и у дна, осредненные по площади, имеющей хорошую обеспеченность данными, и по типам лет, представлены на рис. 7. Не трудно заметить, что самые высокие градиенты для всех групп лет наблюдаются на горизонтах 50 и 100 м, и различия между типами лет трудно различимы. В поверхностном и придонном слоях градиенты значительно ниже. Наибольшее обострение фронтальных зон в поверхностном слое характерно для переходных от холодных к теплым (Х-Т) и холодных (ХОЛ) лет, а в придонном слое – для теплых (ТЕП) и переходных от холодных к теплым (Х-Т) лет. Однако различия в средних значениях градиентов для разных типов лет статистически не значимы. 234 Поверхность 50 м 0.015 0.015 0.014 0.014 0.012 0.010 0.0142 0.0141 0.0140 ТЕП Х-Т Т-Х ХОЛ 0.0105 0.0104 Т-Х ХОЛ 0.013 0.013 0.011 0.0141 0.0113 0.0100 0.0110 0.0100 0.012 0.011 0.010 0.009 0.009 ТЕП Х-Т Т-Х ХОЛ 100 м 0.015 0.014 0.0135 0.0138 Дно 0.015 0.0134 0.0133 0.014 0.013 0.013 0.012 0.012 0.011 0.011 0.010 0.010 0.009 0.0116 0.0115 0.009 ТЕП Х-Т Т-Х ХОЛ ТЕП Х-Т Рис. 7. Горизонтальный градиент температуры воды (°C/км) на различных глубинах, осредненный по области, хорошо обеспеченной данными, и годам, различающимся по своим климатическим условиям. В целом температурные фронтальные зоны Баренцева относительно узкие, и их ширина слабо изменяется в зависимости от типов лет. Однако среднее количество узлов расчетной сетки со значимым значением горизонтального градиента (рис. 8) позволяет с большой уверенностью утверждать, что протяженность температурных фронтальных зон в Баренцевом море в переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы значительно больше, чем в годы, характеризующиеся другими климатическими условиями. Наибольшая протяженность температурных фронтальных зон характерна для горизонта 50 м, в том числе и в годы других типов. На горизонте 100 м протяженность фронтальных зон несколько меньше, но она все же значительно превосходит таковую в поверхностном и придонном слоях. 50 м Пове рхно сть 900 800 700 600 500 400 300 200 472 328 240 ТЕП 224 Х-Т Т-Х 900 800 700 600 500 400 300 200 ХОЛ 816 733 ТЕП 10 0 м 900 800 700 600 500 400 300 200 463 ТЕП 531 Х-Т 784 647 Х-Т Т-Х ХО Л Дно 474 Т-Х 412 ХОЛ 900 800 700 600 500 400 300 200 279 ТЕП 345 242 Х-Т Т-Х 289 ХОЛ Рис. 8. Протяженность фронтальных зон (усл. ед.) на разных глубинах в годы с различными климатическими условиями. Изменения отдельных показателей, характеризующих состояние экосистемы Баренцева моря при разных климатических условиях, представлены на рис. 9. Вверху даны оценки индекса, показывающего связь между температурой в верхнем 100-метровом слое и 235 ледовитостью моря. Изменения этого индекса указывают на то, что взаимодействие между арктической и бореальной системами является наиболее обостренным в переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы. и ледовитость моря" 1,2 единицы 0,6 0 -0,6 -1,2 Аномалия, % насыщения COLD ХОЛ WARM ТЕП CDIC Т-Х Де фицит к ислорода в придонном слое Дефицит кислорода в придонном слое -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 CХОЛ OLD WIIC Х-Т WARM ТЕП C Т-Х DIC Градиент температуры в верхнем 100-метровом и придонном слоях 0,0117 Градиент, дно, 0 С/км WIIC Х-Т 0,0134 0,0115 0,0133 0,0113 0,0132 0,0111 0,0131 0,0109 0,013 0,0107 0,0129 0,0105 0,0128 Градиент, 0-100м, 0 С/км T+IC, условные Индекс соотношения «Температура на Кольском разрезе (0-100 м) – ледовитость на Баренцева моря» Отношение "температура Кольском разрезе (0-100 м) 0,0127 0,0103 COLD ХОЛ WIIC Х-Т WARM ТЕП CDIC Т-Х Годовые классы мойвы и трески 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 COLD ХОЛ WIIC Х-Т WARM ТЕП Мойва, 1+, млрд. экз. Треска, 3+, 10 млн. экз. Годовые классы мойвы и трески CDIC Т-Х Климатические условия Рис. 9. Изменения в экосистеме Баренцева моря в зависимости от климатических условий 236 Дефицит кислорода в придонном слое (ниже) является самым высоким также в переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы. Различие его значений в разные типы лет может объясняться изменениями в интенсивности оседания органического вещества на дно, которая, в свою очередь, может зависеть от изменений уровня первичной продукции в фотическом слое. Еще ниже показаны изменения горизонтальных градиентов температуры воды во фронтальных зонах. В верхнем 100-метровом слое повышенные градиенты характерны для холодных (ХОЛ) и переходных от холодных к теплым (Х-Т) лет, в придонном слое – для переходных от холодных к теплым (Х-Т) лет и теплых (ТЕП) лет. Внизу представлены изменения мощности годовых классов трески и мойвы по оценкам численности пополнения. Годовые классы мойвы средней и высокой численности появлялись в холодные (ХОЛ) и переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы, соответственно, в то время как сильные годовые классы трески появлялись в переходные от холодных к теплым (Х-Т) и теплые (ТЕП) годы. На основе полученных результатов можно составить идеализированную схему связей между короткопериодными изменениями климата, условиями среды во фронтальных зонах, оседанием органического вещества на дно и мощностью годовых классов трески и мойвы (рис. 10). В холодные (ХОЛ) годы влияние арктической климатической системы усилено, по сравнению с воздействием атлантической системы, ледовитость моря высокая, поступление тепла из Атлантики ослаблено. В результате такого взаимодействия климатических систем обостренность фронтальных зон (их средняя протяженность и градиент температуры), а также оседание органики на дно находятся на среднем уровне. Для мойвы, как арктобореального вида, такие условия определяют формирование годовых классов средней мощности. Для трески, северо-бореального вида, условия на нерестилищах и в выростных районах неблагоприятны. Соответственно, у трески появляются бедные по численности годовые классы. Переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы, вероятно, являются наиболее продуктивной фазой функционирования экосистемы Баренцева моря. Все физические, химические и биологические процессы достигают своего максимального развития. Мощность годовых классов трески и мойвы наиболее высокая. В теплые (ТЕП) годы интенсивность процессов в арктической и бореальной океанических системах противоположна той, которая наблюдается в холодные (ХОЛ) годы. Соответственно, у мойвы такие условия способствуют формированию средних по мощности годовых классов. Для трески условия, формирующиеся на нерестилищах и в выростных районах, благоприятны, и, следовательно, численность годовых классов столь же высокая, как в переходныеот холодных к теплым (Х-Т) годы. И, наконец, самое слабое взаимодействие между океаническими системами, повидимому, характерно для переходных от теплых к холодным (Т-Х) лет. Все физические, химические и биологические процессы ослаблены. В такие годы численность годовых классов и у трески, и у мойвы, низкая. 237 Взаимодействие арктической и бореальной системы Обостренность фронтальных зон Ice Ледовитость Мойва Мойва t0 Интенсивность адвекции тепла Благоприятные/неблаго приятные условия на нерестилищах и в выростных районах Интенсивность оседания органического вещества на дно Рис. 10. Идеализированная схема связей между колебаниями климата, условиями среды, оседанием органического вещества и мощностью годовых классов трески и мойвы в экосистеме Баренцева моря. В работах [16, 22, 24, 26, 27, 29] исследована связь между изменчивостью условий среды (климат) и пополнением промыслового стада основных видов промысловых рыб Баренцева моря (главным образом, треска, пикша и сельдь) и предприняты попытки определения причин появления мощных и бедных годовых классов. Все авторы указанных работ полагают, что годовые классы с высокой численностью появляются в годы, отличающиеся положительными аномалиями температуры воды в море, и наоборот, годовые классы, появляющиеся в холодные годы, как правило, слабые. Результаты нашего исследования подтверждают выводы Г.Сэтерсдала и Х.Луенга [33], а также Е.М.Ниллсена с соавторами [25] о том, что периоды перехода от холодных лет к теплым годам, т.е. периоды усиления взаимодействия арктической и бореальной океанических систем, и следующие за ними теплые годы наиболее благоприятны для появления мощных годовых классов трески. Что касается мойвы, то в научных публикациях не обнаруживается какого-либо однозначного мнения о влиянии климатической изменчивости на формирование численности ее годовых классов. Возможным объяснением отсутствия такой связи может служить изменение мойвой мест своего нереста в зависимости от температурных условий. Мойва придерживается температурного оптимума (2-3 °С) и смещает места нереста к востоку при потеплениях и к западу при похолоданиях [34]. Треска, в отличие от мойвы, нерестится на одних и тех же участках [20]. Однако наши результаты показывают, что климатические условия все же оказывают некоторое влияние на численность годовых классов мойвы, поскольку появление мощных поколений более вероятно в переходные от холодных к теплым (Х-Т) годы. 238 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате проведенных исследований выявлены следующие особенности проявления фронтальных зон в поле температуры воды, межгодовых изменений их параметров и возможной связи степени их обостренности с воспроизводством отдельных видов промысловых рыб. Температурные фронтальные зоны выражены наиболее ярко в МедвежинскоШпицбергенском районе во всей водной толще от поверхности до дна благодаря более тесному по сравнению с другими частями акватории моря контакту атлантических и арктических вод. В центральной и восточной частях, за исключением придонного слоя, горизонтальные градиенты существенно меньше, участки фронтальных зон имеют меньшую протяженность, чем на северо-западе моря. Положение температурных фронтальных при принятых пространственно-временных масштабах осреднения исходных данных не зависит от типа года и является довольно устойчивым; участки с повышенными горизонтальными градиентами приурочены к склонам наиболее крупных форм рельефа дна, таких как Шпицбергенская банка, Центральная возвышенность, Центральный желоб и Гусиная банка. Температурные фронтальные зоны выражены значительно лучше в промежуточных слоях (50-100 м), чем на поверхности моря и у дна. При этом горизонтальные градиенты на горизонте 50 м несколько больше, чем на глубине 100 м. В придонном слое положение обостренных участков отличается от вышележащих горизонтов, эти участки располагаются вдоль западного склона Шпицбергенской банки, в западной части моря между 72° и 74° с.ш. и на на юго-западной периферии Центрального желоба. Результаты, полученные в данной работе подтверждают гипотезу О.В.Титова [11], согласно которой обострение фронтальных зон Баренцева моря происходит в переходные от холодных к теплым годы. Переходные от холодных к теплым годы характеризуются появлением сильных годовых классов трески и мойвы. Обострение градиентов во фронтальных зонах и появление богатых поколений трески характерно также и для теплых лет. Переход от периодов похолодания к теплым годам, вероятно, является наиболее продуктивной фазой функционирования экосистемы Баренцева моря. Сила взаимодействия между арктической и бореальной климатическими системами, проявляющаяся через степень обостренности фронтальных зон, является одним из важных факторов, управляющих процессами в баренцевоморской экосистеме. Представленные выше результаты, касающиеся формирования численности поколений трески и мойвы, должны рассматриваться как предварительные, поскольку анализировалось влияние только абиотических факторов на воспроизводство этих видов рыб. Дальнейшая работа потребует более глубокого анализа с использованием широкого набора биологических данных. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Мурманской области (проект № 05-05-97522 р-2005-севера). 239 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Зенкевич Л.А. Биология морей СССР. -М.: Изд-во АН СССР, 1963. -738 с. 2. Ижевский Г.К. Воды полярного фронта и распределение атлантических сельдей. -М.: Изд-во ВНИРО, 1958. -25 с. 3. Книпович Н.М. Гидрология морей и солоноватых вод (в применении к промысловому делу). -М.-Л.: Пищепромиздат, 1938. -514 с. 4. Косолапов А.А., Лебедев И.А. Некоторые особенности структуры и изменчивости климатических фронтальных зон Баренцева моря// Гидрометеорологические процессы в промысловых районах Мирового океана и их прогнозирование: Сб. науч. тр. (межвуз.). Л.: Изд-во ЛГМИ, 1989. -Вып. 105. -С. 89-100. 5. Маслов Н.А. Миграции трески в южной части Баренцева моря (по данным мечения 19311938 гг.)// Тр./ ПИНРО. -1968. -Вып. 23. -С. 44-67. 6. Ожигин В.К. О фронтальных зонах Баренцева моря// Вопросы промысловой океанологии Северного бассейна: Сб. науч. тр./ ПИНРО. -Мурманск, 1989. -С. 89-103. 7. Ожигин В.К., Ившин В.А. Водные массы Баренцева моря. -Мурманск: Изд-во ПИНРО, 1999. -48 с. 8. Ожигин В.К., Терещенко В.В. Термические фронтальные зоны Баренцева моря и особенности распределения скоплений промысловых рыб// Вопросы промысловой океанологии Северного бассейна: Сб. науч. тр./ ПИНРО. -Мурманск, 1989. -С. 104- 117. 9. Терещенко В.В. Сезонные и межгодовые изменения температуры и солености воды основных течений на разрезе "Кольский меридиан" в Баренцевом море. -Мурманск: Издво ПИНРО, 1997. -71 с. 10. Терещенко В.В. Гидрометеорологические условия в Баренцевом море в 1985-1998 гг. Мурманск: Изд-во ПИНРО, 1999. -176 с. 11. Титов О.В. Системный подход к анализу естественных многолетних изменений экосистемы Баренцева моря. –Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2001. 119 с. 12. Титов О.В., Несветова Г.И. Гидрохимический Атлас Баренцева моря. 2003 г. Пространственно-временная изменчивость содержания кислорода и минерального фосфора в Баренцевом море. –Мурманск: Изд-во ПИНРО, 2003. –146 с. 13. Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. -Л.: Гидорметеоиздат, 1983. -296 с. 14. Чвилев С.В. Гидрологические фронты юго-западной части Баренцева моря и их внутригодовая изменчивость// Гидрология Южного океана и Северной Атлантики: Сб. науч. тр. (межвуз.). -Л.: Изд-во ЛГМИ, 1990. -Вып. 109. -С. 101-116. 15. Чвилев С.В. Фронтальные зоны Баренцева моря// Метеорология и гидрология. -1991. -No. 11. -С. 103-108. 16. Ellertsen B., Fossum P., Solemdal P., Sundby S., Tilseth S. The effect of biological and physical factors on the survival of Arcto-Norwegian cod and the influence on recruitment variability// The Effect of Oceanographic Conditions on Distribution and Population Dynamics of Commercial Fish Stocks in the Barents Sea. (Ed. H. Loeng). Proceedings of the Third SovietNorwegian Symposium. Murmansk, 26-28 May 1986. Inst. of Mar. Res. Bergen. Norway. 1987. –P. 101-126. 17. Harris C.L., Pluedemann A.J., Gawarkiewich G.G. Water mass distribution and polar front structure in the western Barents Sea// J. Geophys. Res. C. -1998. -Vol. 103. -No. 2. -P. 29052917. 18. ICES. Report of the Arctic Fisheries Working Group. ICES CM:2003a/ACFM:22. -408 p. 19. ICES. Report of the Northern Pelagic and Blue Whiting Working Group. ICES CM:2003b/ACFM:23. -223 p. 20. ICES. Spawning And Life History Information For North Atlantic Fish Stocks. ICES Cooperative Research Report. -1994. –No 205. –P. 1-150. 240 21. Johannessen O.M., Foster L.A. A note on the topographically controlled oceanic Polar front in the Barents Sea// J. Geophysical Res. -1978. -Vol. 83. -No. C9. -P. 4567-4571. 22. Loeng H. The influence of temperature on some fish population parameters in the Barents Sea// Journal of Northwest Atlantic Fisheries Science. -1989. –No 9. –P. 103-113. 23. Loeng H. Features of the physical oceanography of the Barents Sea// Polar research. -1991. Vol. 10(1). –P. 5-18. 24. Nilssen E.M., Hopkins C.C.E. Regional variability in fish-prawn communities and catches in the Barents Sea, and their relationship to the environment// ICES Marine Science Sumposia. 1992. –Vol. 195. –P. 331-348. 25. Nilssen E.M., Pedersen T., Hopkins C.C.E., Thyholdt K., Pope J.G. Recruitment variability and growth of Northeast arctic cod: influence of physical environment, demography, and predatorprey energetics// ICES Marine. Science Symposia. -1994. –Vol. 198. –P. 449-470. 26. Ottersen G., Loeng H., Raknes A. Influence of temperature variability on recruitment of cod in the Barents Sea// ICES Marine Science Symposia. -1994. –Vol. 198. –P. 471-481. 27. Ottersen G., Loeng H. Covariability in early growth and year-class strength of Barents Sea cod, haddock, and herring: the environmental link// ICES Journal of Marine Science. -2000. –Vol. 57. –P. 339-348. 28. Ozhigin V.K., Luka G.I. Some peculiarities of capelin migrations depending on thermal conditions in the Barents Sea// The proceedings of the Soviet-Norwegian Symposium on the Barents Sea capelin. Bergen, 14-19 August 1984. Institute of Marine Research, Bergen, Norway. -1985. –P. 135-147. 29. Ponomarenko I. Y. Survival of bottom-dwelling young cod in the Barents Sea and its determining factors// Reproduction and recruitment of Arctic cod. (Ed. O.R.Godø, S.Tilseth). Proceedings of the Soviet-Norwegian Symposium. Leningrad, 26-30 Sept. 1983. Institute of Marine Research, Bergen, Norway. -1984. –P. 213-229. 30. Rey F., Skjoldal H.R., Slagstad D. Primary production in relation to climatic changes in the Barents Sea// The effect of oceanographic conditions on distribution and population dynamics of commercial fish stocks in the Barents Sea. (Ed. H. Loeng). Proceedings of the Third SovietNorwegian Symposium. Murmansk, 26-28 May 1986. Inst. of Mar. Res. Bergen. Norway. 1987. –P. 29-46. 31. Schlitzer, R. 2004. Ocean Data View, http://www.awi-bremerhaven.de/GEO/ODV. 32. Skjoldal H.R., Hassel A., Rey F., Loeng H. Spring phytoplankton and zooplankton reproduction in the central Barents Sea in the period 1979-1984// The effect of oceanographic conditions on distribution and population dynamics of commercial fish stocks in the Barents Sea. (Ed. H. Loeng). Proceedings of the Third Soviet-Norwegian Symposium. Murmansk, 26-28 May 1986. Inst. of Mar. Res. Bergen. Norway. -1987. –P. 59-89. 33. Sætersdal G., Loeng, H. Ecological adaptation of reproduction in Arctic cod// Reproduction and recruitment of Arctic cod: Proceedings of the Soviet-Norwegian Symposium. Leningrad, 26-30 September 1983. Institute of Marine Research, Bergen, Norway. -1984. –P. 13-35. 34. Ushakov N.G., Ozhigin, V.K. The abundance of year classes of the Barents Sea capelin and peculiarities of the distribution of the young in relation to hydrographic conditions.// The effect of oceanographic conditions on distribution and population dynamics of commercial fish stocks in the Barents Sea. (Ed. H. Loeng). Proceedings of the Third Soviet-Norwegian Symposium. Murmansk, 26-28 May 1986. Inst. of Mar. Res. Bergen. Norway. -1987. –P. 159-167. 241