ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2021-4-159-172ecodag-2353Research ArticleМЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙENVIRONMENTAL RESEARCH METHODSИзучение апвеллинга по содержанию хлорофилла а в фитопланктоне западного Каспия за 2017 г. по данным дистанционного зондированияUpwelling study of chlorophyll a content in phytoplankton of the western Caspian in 2017 based on remote sensing datahttps://orcid.org/0000-0003-3979-4293ГусейноваН. О.GuseynovaN. O.

Надира О. Гусейнова, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии и биоразнообразия, Институт экологии и устойчивого развития367000, г. Махачкала, ул. Дахадаева, 21Тел. +79887715041

Nadira O. Guseynova, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Department of Biology and Biodiversity, Institute of Ecology and Sustainable Development21 Dakhadaev St, Makhachkala, 367000Tel. +79887715041

nadira_guseynova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5043-6345БагомаевА. А.BagomaevA. A.

Абдулмеджид А. БагомаевМахачкала

Abdulmedzhid A. BagomaevMakhachkala

https://orcid.org/0000-0003-1347-1429АхмедоваЛ. Ш.AkhmedovaL. Sh.

Лейла Ш. АхмедоваМахачкала

Leyla Sh. AkhmedovaMakhachkala

https://orcid.org/0000-0002-4446-0645КурамагомедовБ. М.KuramagomedovB. M.

Башир М. КурамагомедовМахачкала

Bashir M. KuramagomedovMakhachkala

Дагестанский государственный университетDagestan State University202110012022164159‐172Copyright © Гусейнова Н.О., Багомаев А.А., Ахмедова Л.Ш., Курамагомедов Б.М., 20222022Гусейнова Н.О., Багомаев А.А., Ахмедова Л.Ш., Курамагомедов Б.М.Guseynova N.O., Bagomaev A.A., Akhmedova L.S., Kuramagomedov B.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2353

Цель. Изучение апвеллинга на основе пространственно‐временной изменчивости концентрации хлорофилла а в западной части Каспия за 2017 по материалам космических съемок.Материалы и методы. Космоснимки получены из специализированных центров Ocean Color NASA, Earth Science Data Systems NASA и SATIN. Данные дистанционного зондирования обработаны в программах SeaDAS и ArcGIS. Наземные данные получены из фондов Единой государственной системы информации об обстановке в мировом океане (ЕСИМО). Создана база данных в ArcGIS, составлены карты.Результаты. Первый апвеллинг проявляется 9‐17 июня. Минимальная температура воды в районе Махачкалы равна 14°C при повышении солёности до 12‰, площадью 1500 км2. Зафиксировано увеличение содержания растворенного кислорода до 9,70 мг/л и рН 8,64. Вначале концентрация хлорофилла а более 10 мг/м3, затем снижается до 2,5 мг/м3, но при этом значительно увеличивается площадь распространения хлорофилла с таким показателем. Для прибрежной полосы показатель хлорофилла 5 мг/м3. Второй апвеллинг средней интенсивности был с 19 июня по 1 июля при минимуме t=17,9°C при повышении солёности на 1‰. Площадь поверхности 454 км2. Концентрация хлорофилла а повысилась с 4 до 8‐12 мг/м3, доходя 24 июня до 23 мг/м3. Третий случай апвеллинга зафиксирован с 26 августа по 1 сентября и характеризуется снижением температуры воды на 7,4°C и у берега составила 17,1°C. Среднее повышение солёности на 0,32‰, концентрация О2 – 8 мг/л, площадь акватории – 500 км2. Резкое увеличение площади и концентрации хлорофилла а наблюдается к 29 августа. В последующем концентрация хлорофилла на всей акватории равномерно распределено в диапазоне 1‐5 мг/м3.Заключение. Для Каспийского моря характерна пространственная неоднородность океанологических параметров, что можно зафиксировать по результатам обработки космоснимков и их верификации по наземным данным. В западной части апвеллинг носит периодический и разномасштабный характер. Всего на базе возможностей многофакторного геоинформационного моделирования выделены и подтверждены по спутниковым данным 3 апвеллинга.

Aim. Study of upwelling based on spatio‐temporal variability of chlorophyll a concentration in the western part of the Caspian Sea in 2017 based on space survey images.Materials and methods. Space images were obtained from the specialized centers of Ocean Color NASA, Earth Science Data Systems NASA and SATIN. Remote sensing data was processed using SeaDAS and ArcGIS programmes. Ground data were obtained from the Unified State System of Information on the Situation in the World Ocean (ESIMO). ESIMO is an inter‐agency information system designed to integrate data and services of marine systems of Russia and to provide integrated information support to maritime activities of the Russian Federation. The database was created in ArcGIS and maps compiled accordingly.Results. The first upwelling occurred on 9‐17 June 2017. The minimum water temperature registered in the Makhachkala region was 14°C with an increase in salinity to 12‰, over an area of 1.500 km2. There was an increase in the content of dissolved oxygen up to 9.70 mg/l and a pH of 8.64 was recorded. At first, the concentration of chlorophyll a was more than 10 mg/m3, then it decreased to 2.5 m/m3, while at the same time the area of distribution of chlorophyll with this indicator significantly increased. For the coastal strip, the chlorophyll index was 5 mg/m3. The second upwelling of medium intensity was from 19 June to 1 July 1 2017 with a minimum of t = 17.9°C with an increase in salinity of 1‰. The surface area was 454 km2. The concentration of chlorophyll a increased from 4 to 8‐12 mg/m3, reaching 23 mg/m3 on 24 June. The third case of upwelling was recorded from 26 August to 1 September 2017 and was characterized by a decrease in water temperature by 7.4°C (near the coast by 17.1°C). The average salinity increase was 0.32‰, while the O2 concentration was 8 mg/l and the water area 500 km2. A sharp increase in the area and concentration of chlorophyll was observed on 29 August 2017. Subsequently, the concentration of chlorophyll throughout the entire water area was evenly distributed in the range of 1‐5 mg/m3.Conclusion. The Caspian Sea is characterized by spatial heterogeneity of oceanological parameters, which can be recorded based on the results of processing satellite images and their verification using ground data. In the western part of the sea, the upwelling is periodic and of different scales. In total, on the basis of the capabilities of multifactor geoinformation modeling, 3 upwellings were identified and confirmed using satellite data.

Геоданныекосмические снимкидистанционное зондированиеГИСArcGISКаспийское мореапвеллингхлорофиллпигментыфитопланктонбиопродуктивностьGeodatasatellite imageryremote sensingGISArcGISCaspian SeaupwellingchlorophyllpigmentsphytoplanktonbioproductivityReferencesОкеанографическая энциклопедия, 1974, C. 20‐22. URL: https://oceanservice.noaa.gov/facts/upwelling.html (Дата обращения: 13.02.2021)Okeanograficheskaya entsiklopediya [Oceanographic encyclopedia]. 1974, рp. 20‐22. Available at: https://oceanservice.noaa.gov/facts/upwelling.html (accessed 13.02.2021) (In Russian)Жуков Л.А. Общая океанология. Л: Гидрометеоиздат, 1976. 376 c.Zhukov L.A. Obshchaya okeanologiya [General Oceanology]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1976, 376 p. (In Russian)Gaines S., Airame S. Upwelling. URL: https://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02quest/background/upwelling/upwelling.html (дата обращения: 01.03.2021)Gaines S., Airame S. Upwelling. Available at: https://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02quest/background/upwelling/upwelling.html (accessed 01.03.2021)Рабинович Ю., Говинджи К. Роль хлорофилла в фотосинтезе. Молекулы и клетки. Москва: Мир, 1967. С. 72‐83.Rabinovich Yu., Govindzhi K. Rol' khlorofilla v fotosinteze. Molekuly i kletki [The role of chlorophyll in photosynthesis. Molecules and cells]. Moscow, Mir Publ., 1967, pp. 72‐83. (In Russian)Карл Г. Предсказания продукции фитопланктона по показаниям среды обитания // Материалы II Международного океанографического конгресса, Москва: Наука, 1966. С. 188‐189.Karl G. Predskazaniya produktsii fitoplanktona po pokazaniyam sredy obitaniya [Predictions of phytoplankton production based on habitat indications]. Materialy II Mezhdunarodnogo okeanograficheskogo kongressa, Moskva, 1966 [Proceedings of the II International Oceanographic Congress, Moscow, 1966]. Moscow, 1966, pp. 188‐189. (In Russian)Steemann N.E. Marine Photosynthesis with Special Emphasis on the Ecological Aspects. Amsterdam, New York, Elsevier Scientific Pub., Co., 1975, 141 p.Steemann N.E. Marine Photosynthesis with Special Emphasis on the Ecological Aspects. Amsterdam, New York, Elsevier Scientific Pub., Co., 1975, 141 p.Семина Г.И. Вертикальное распределение жизни в океане. Пелагиаль. Фитопланктон // Биология океана. Т. 1. Биологическая структура океана. М.: Наука. 1977. С. 117‐124.Semina G.I. Vertikal'noe raspredelenie zhizni v okeane. Pelagial'. Fitoplankton. Biologiya okeana. Biologicheskaya struktura okeana [Vertical distribution of life in the ocean. Pelagial. Phytoplankton. Ocean Biology. Biological structure of the ocean]. Moscow, Nauka Publ., 1977, vol. 1, pp. 117‐124. (In Russian)Мордасова Н. В. Косвенная оценка продуктивности вод по содержанию хлорофилла // Труды ВНИРО. Комплексные исследования экосистемы Берингова моря. 2014. Т. 152. С. 41‐54Mordasova N.V. [Indirect assessment of water productivity by chlorophyll content]. In: Trudy VNIRO. Kompleksnye issledovaniya ekosistemy Beringova morya [Proceedings of VNIRO. Comprehensive studies of the ecosystem of the Bering Sea]. 2014, vol. 152, pp. 41–54 (In Russian)Лаврова О.Ю., Костяной А.Г., Лебедев С. А., Митягина М.И., Гинзбург А.И., Шеремет Н. А. Комплексный спутниковый мониторинг морей России. Москва: ИКИ РАН, 2011. 480 с.Lavrova O.Yu., Kostyanoi A.G., Lebedev S.A., Mityagina M.I., Ginzburg A.I., Sheremet N.A. Kompleksnyi sputnikovyi monitoring morei Rossii [Integrated satellite monitoring of the seas of Russia]. Moscow, Space Research Institute RAS Publ., 2011, 480 p. (In Russian)Ocean Color Data. URL: https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/directaccess (дата обращения: 12.01.2021)Ocean Color Data. Available at: https://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/directaccess (accessed 12.01.2021)Костяной А.Г. Спутниковый мониторинг климатических параметров океана. Часть 2 // Фундаментальная и прикладная климатология. 2017. Т. 2. С. 63‐85.Kostyanoy A.G. Satellite monitoring of climatic parameters of the ocean. Part 2. Fundamental'naya i prikladnaya klimatologiya [Fundamental and applied climatology]. 2017, no. 2, pp. 63‐85. (In Russian)Кравцова В.И., Тутубалина О.В., Балдина Е.А. Гиперспектральная система MODIS: обзор областей применения // Межуниверситетский аэрокосмический центр при Географическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова. URL: http://www.geogr.msu.ru/science/aero/acenter/int_sem4/modis_appl.htm (дата обращения: 24.01.2021)Kravtsova V.I., Tutubalina O.V., Baldina E.A. Giperspektral'naya sistema MODIS: obzor oblastei primeneniya [Hyperspectral system MODIS: an overview of applications]. Interuniversity Aerospace Center at the Faculty of Geography, Moscow State University of M.V. Lomonosov. Available at: http://www.geogr.msu.ru/science/aero/acenter/int_sem4/modis_appl.htm (accessed 24.01.2021) (In Russian)Earth Science Data Systems (ESDS) Program. URL: https://earthdata.nasa.gov/esds (Дата обращения: 23.03.2021)Earth Science Data Systems (ESDS) Program. Available at: https://earthdata.nasa.gov/esds (accessed 23.03.2021)JPL MUR MEaSUREs Project. 2015. GHRSST Level 4 MUR Global Foundation Sea Surface Temperature Analysis (v4.1). Ver. 4.1. PO.DAAC, CA, USA. URL: https://podaac.jpl.nasa.gov/dataset/MUR‐JPL‐L4‐GLOBv4.1 (дата обращения: 09.01.2021) DOI: 10.5067/GHGMR‐4FJ04JPL MUR MEaSUREs Project. 2015. GHRSST Level 4 MUR Global Foundation Sea Surface Temperature Analysis (v4.1). Ver. 4.1. PO.DAAC, CA, USA Available at: https://podaac.jpl.nasa.gov/dataset/MUR‐JPL‐L4‐GLOBv4.1 (accessed 09.01.2021). DOI 10.5067/GHGMR‐4FJ04Курамагомедов Б.М., Монахова Г.А., Гаджиев А.А., Ахмедова Г.А. Опыт использования геоинформационных технологий в исследованиях апвеллинга в Каспийском море // Юг России: экология, развитие. 2014. Т. 9. N 4. C. DOI: 10.18470/1992‐1098‐2014‐4‐121‐125Kuramagomedov B.M., Monakhova G.A., Gadzhiev A.A., Akhmedova G.A. The experience of using of the geoinformation technologies in the Investigation of apwelling in the Caspian Sea. South of Russia: ecology, development, 2014, vol. 9, no. 4, pp. 121‐125. (In Russian) DOI: 10.18470/1992‐1098‐2014‐4‐121‐125Гурова Е.С., Иванов А.Ю. Особенности проявления гидродинамических структур в юго‐восточной части Балтийского моря по данным спектрорадиометров MODIS и космической радиолокации // Исследование Земли из космоса. 2011. N 4. С. 41‐54.Gurova E.S., Ivanov A.Yu. Appearance of Sea Surface Signatures and Current Features in the South East Baltic Sea on the MODIS and SAR images. Issledovanie Zemli izkosmosa [Research of the Earth from space]. 2011, vol. 9, no. 4. pp. 41‐54. (In Russian)Монахова Г.А., Курамагомедов Б.М., Расулова М.М., Бекшокова П.А. Геонформационные системы в изучении особенностей апвеллинга у западного побережья среднего Каспия // Юг России: экология, развитие. 2012. Т. 7. N 3. С. 116‐119. DOI: 10.18470/1992‐1098‐2012‐3‐116‐119Monakhova G.A., Kuramagomedov B.M., Rasulova M.M., Bekshokova P.A. Geoinformation systems in the study of the peculiarities of the upwelling at the western coast of the middle Caspian. South of Russia: ecology, development, 2012, vol. 7, no. 3, pp. 116‐119. (In Russian) DOI 10.18470/1992‐1098‐2012‐3‐116‐119Гинзбург А. И., Костяной А.Г., Соловьев Д.М., Шеремет Н.А. Структура апвеллинга у западного побережья Среднего Каспия (по спутниковым наблюдениям) // Исследование Земли из космоса. 2005. N 4. С. 76‐85.Ginzburg A.I., Kostyanoy A.G., Soloviev D.M., Sheremet N.A. The structure of upwelling near the western coast of the Middle Caspian (according to satellite observations). Issledovanie Zemli iz kosmosa [Research of the Earth from space]. 2005, no. 4, pp. 76‐85. (In Russian)Нестеров Е.С. Водный баланс и колебания уровня Каспийского моря. Моделирование и прогноз. Москва: Триада лтд, 2016. 378 с.Nesterov E.S. Vodnyi balans i kolebaniya urovnya Kaspiiskogo morya. Modelirovanie i prognoz [Water balance and fluctuations in the level of the Caspian Sea. Modeling and forecasting]. Moscow, Triada Ltd. Publ., 2016, 378 p. (In Russian)Электронный атлас Каспийского моря. Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, 2015. URL: http://www.geogr.msu.ru/casp/ (дата обращения: 21.01.2021)Elektronnyi atlas Kaspiiskogo moray.Geograficheskii fakul'tet MGU imeni M.V. Lomonosova [Electronic atlas of the Caspian Sea. Faculty of Geography, Moscow State University named after M.V. Lomonosov]. 2015. Available at: http://www.geogr.msu.ru/casp/ (accessed 21.01.2021)Электронный справочник по природной среде Каспия / Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане. URL: http://www.esimo.ru/atlas/new/Kasp/1_1.html (дата обращения: 24.01.2021)Elektronnyi spravochnik po prirodnoi srede Kaspiya. Edinaya gosudarstvennaya sistema informatsii ob obstanovke v Mirovom okeane [Electronic reference book on the natural environment of the Caspian. Unified state information system on the situation in the World Ocean]. Available at: http://www.esimo.ru/atlas/new/Kasp/1_1.html (accessed 24.01.2021)Кутузов А.В. Оперативный спутниковый мониторинг скоплений планктонных водорослей и количественная оценка их плотности // Географический вестник. 2016. Т. 38. N 3. С. 160‐168. DOI: 10.17072/2079‐7877‐2016‐3‐160‐168Kutuzov A.V. Operational satellite monitoring of plankton algae accumulation and quantitative estimation of their density. Geographical bulletin, 2016, vol. 38, no. 3. pp. 160‐168. DOI: 10.17072/2079‐7877‐2016‐3‐160‐168Цхай Ж.Р., Хен Г.В. Оценка общего содержания хлорофилла а в Охотском море с использованием спутниковых данных // Исследование Земли из космоса. 2020. N 6. С. 34‐46. DOI: 10.31857/S0205961420060056Tskhai Zh.R., Khen G.V., Estimation of the total chlorophyll‐a content in the Sea of Okhotsk using satellite data. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 2020, no. 6, pp. 34‐46. (In Russian). DOI: 10.31857/S0205961420060056Suslin V.V., Churilova T.Ya. Regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll‐a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480‐560 nm bands from ocean colour scanners. International Journal of Remote Sensing, 2016, vol. 37, no. 18, pp. 4380‐4400. DOI: 10.1080/01431161.2016.1211350Suslin V.V., Churilova T.Ya. Regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll‐a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480‐560 nm bands from ocean colour scanners. International Journal of Remote Sensing, 2016, vol. 37, no. 18, pp. 4380‐4400. DOI: 10.1080/01431161.2016.1211350SATIN: каталог данных / Лаборатория спутниковой океанографии РГГМУ. URL: http://satin.rshu.ru/ (дата обращения: 14.03.2021)SATIN: katalog dannykh / Laboratoriya sputnikovoi okeanografii RGGMU [SATIN: data catalog / Laboratory of Satellite Oceanography, Russian State Hydrometeorological University]. Available at: http://satin.rshu.ru/ (accessed 14.03.2021)Worldview Earth Data NASA. URL: https://worldview.earthdata.nasa.gov/ (дата обращения: 11.01.2021)Worldview Earth Data NASA. Available at: https://worldview.earthdata.nasa.gov/ (accessed 11.01.2021)Багомаев А.А., Гусейнова Н.О. Выявление температурных аномалий на западном Каспии за 2017 г. по данным дистанционного зондирования // Юг России: экология, развитие. 2020. Т. 15. N 4. C. 63‐74. DOI: 10.18470/1992‐1098‐2020‐4‐63‐74Bagomaev A.A., Guseynova N.O. Identification of temperature anomalies in the western Caspian Sea in 2017 based on remote sensing data. South of Russia: ecology, development, 2020, vol. 15, no. 4, pp. 63‐74. (In Russian) DOI: 10.18470/1992‐1098‐2020‐4‐63‐74

The authors declare that there are no conflicts of interest present.