Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В 2017 г. в рамках проекта было проведено 2 комплексных экспедиции в районы полярного фронта в Баренцевом море: в летний и осенне-зимний периоды. Вторая экспедиция завершилась 9 декабря, в период подготовки настоящего отчета. В районе полярного фронта места станций отбора проб хлорофилла и планктона выбирались с учетом термохалинных условий. Впервые в отечественной и мировой практике на вековом Кольском разрезе станции отбора проб располагались с такой высокой дискретностью в 2 последовательных сезона. Расстояние между станциями в зоне фронта не превышало 15 морских миль. Гидрологические условия В июле 2017 года полярный фронт наблюдался в районе желоба Персея. В среднем по вековому разрезу «Кольский меридиан» наблюдались положительные термохалинные аномалии, что свидетельствовало о продолжающемся повышенном затоке вод атлантического происхождения в Баренцево море с запада. Таким образом, в Баренцевом море продолжался период с повышенным теплосодержанием вод и низкой ледовитостью. В ноябре-декабре хорошо выраженный полярный фронт зарегистрирован к югу от о. Медвежий в западной части Баренцева моря. На разрезе «Кольский меридиан» полярный фронт по сравнению с летним периодом сдвинулся к северу и наблюдался в районе возвышенности Персея. Как и в июле, в среднем по разрезу наблюдались положительные термохалинные аномалии, что свидетельствовало о продолжающемся повышенном затоке вод атлантического происхождения в Баренцево море с запада. Исследования хлорофилла Концентрация хлорофилла а в поверхностном слое разреза «Кольский меридиан» достигала максимальных значений на ст. 21 – 1.63 мг/м3, прослеживалась тенденция к уменьшению содержания исследуемого пигмента по направлению к северу. Минимальная концентрация хлорофилла была зарегистрирована на ст. 25 – 0.16 мг/м3. На станциях, выполненных в зоне кромки, концентрация хлорофилла а была наибольшей на ст. 34 – 1.51 мг/м3. На остальных станциях прикромочной зоны содержание данного пигмента было значительно ниже, минимальный показатель зарегистрирован на ст. 35 – 0.26 мг/м3. Доля хлорофилла а (среднее 62.2±12.6%) в фитопланктонном сообществе исследуемых районов Баренцева моря превалирует. Средние концентрации хлорофиллов b и c1+c2 достигают 13.4±7.6% и 24.4±6.0%, соответственно. Однако соотношение хлорофиллов, которое можно представить как 5:1:2, указывает на то, что стадия активной вегетации в сукцессионном цикле микрофитопланктона завершена. Пигментный индекс фитопланктонного сообщества поверхностного слоя изменялся от 2.42 до 3.93 (среднее 2.96±0.42). Это соотношение обычно мало (1-2) во время цветения водорослей, когда дыхание невелико, а его повышение свидетельствует о старении сообществ и интенсивном дыхании организмов в конце лета. Соотношение суммарной концентрации каротиноидов к концентрации хлорофилла а находилось в диапазоне от 0.30 до 2.77 (среднее 1.12±0.80) и соответствовало июльским данным многолетних исследований прибрежной части Баренцева моря. Доля феофитина а в фитопланктонном сообществе поверхностного слоя не превышала 70.2 % (среднее 54.8±13.1 %), что указывает на снижение метаболических процессов в планктоне. Исследования вирио- и бактериопланктона Современными методами исследования получены данные по горизонтальному и вертикальному распределению вирио- и бактериопланктона в северном районе Баренцева моря (на эпифлуоресцентном микроскопе обработана серия из 100 препаратов вирио- и бактериопланктона). Предварительный анализ результатов показал, что численность планктонных вирусов (диапазон значений 0.4-8.4 млн частиц/мл) в среднем в 11 раз превышала численность их потенциальных хозяев – планктонных бактерий. За исключением придонных вод, обилие вириопланктона на большей части исследованной акватории свидетельствовало о его значительной активности. Общая численность и биомасса бактериопланктона в рассматриваемый период изменялась от 0.1 до 0.6 млн кл./мл (среднее 2.8±0.03 млн кл./мл) и от 1.1 до 10.7 мгС/м3 (среднее 3.8±0.5 мгС/м3), соответственно. Средний клеточный объем достигал 0.045±0.003 мкм3 (при диапазоне 0.023-0.082 мкм3). В исследуемом районе количественные показатели убывали с глубиной. Численность бактерий в верхней части деятельного слоя (0–50 м) в среднем составляла 0.4±0.04 млн кл./мл, в придонном 0.2±0.02 млн кл./мл, биомасса 5.2±0.6 и 2.2±0.2 мгС/м3, соответственно. Исследования фитопланктона Исследования фитопланктона в районе полярного фронта и прилегающих к фронтальной зоне районах Баренцева моря в 2017 году охватывали наименее изученные сезоны: летний, осеннее-зимний и предзимний. Проведено определение общих численности и биомассы микроводорослей, численности и биомассы отдельных видов и групп видов (экологических, таксономических, сезонных), изучены таксономический состав, пространственное распределение и межгодовая вариабельность структурно-функциональных характеристик микропланктона. К наиболее консервативным показателям развития пелагических альгоценозов отнесены сезонный комплекс видов и средние значения и характер вертикального распределения общей биомассы микропланктона. Менее стабилен состав доминирующих видов в структуре численности микропланктона: в отдельные годы отмечаются нехарактерные для данного сезона формы, развитие которых на отдельных участках акватории достигает уровня доминантов. К наименее стабильным характеристикам микропланктона отнесены состав доминирующих видов в структуре биомассы, общая численность и характер ее вертикального распределения. Получены данные о количественных показателях развития фитопланктона в условиях разрушающегося ледового покрова. Общая численность микроводорослей непосредственно у ледовой кромки составила ~ 3×104 кл./л, величина биомассы – порядка 0.3 ×102 мкг/л. На фактическом материале впервые показано наличие «прикромочного эффекта», который проявляется в виде повышенного обилия микроводорослей и концентраций фотосинтетических пигментов в верхнем 50-метровом слое непосредственно на ледовой кромке и закономерного снижения их уровней по мере удаления от нее. Самое резкое падение отмечено для биомассы фитопланктона в прикромочной полосе шириной 1.5-2.5 км, где значения этой характеристики уменьшаются вдвое на каждый километр. Исследования зоопланктона По результатам экспедиционных исследований 2017 г. и данным многолетних наблюдений сотрудников ММБИ составлен таксономический список зоопланктона Баренцева моря в зоне Полярного фронта. Всего идентифицировано 110 таксономических единиц микро- и мезозоопланктона и 57 таксономических единиц макрозоопланктона. Анализ качественного состава биоценозов показал, что наибольшего разнообразия достигают ракообразные, среди которых доминируют копеподы и амфиподы. Ведущую роль в составе сообществ играют истинно пелагические голопланктонные организмы. По экологическому критерию основу микро- и мезозоопланктона составляют всеядные виды, тогда как среди макрозоопланктона преобладают хищные представители; по зоогеографическому – бореально-арктические животные. По численности в водах исследованного района доминируют веслоногие ракообразные, среди которых лидирующее положение занимают Oithona similis и представители рода Pseudocalanus. По биомассе превалируют Calanus spp. и Pseudocalanus spp. Также было установлено, что в водах Полярного фронта Баренцева моря в летний период численность, биомасса, суточная продукция и P/B-коэффициент зоопланктона колеблются в широком диапазоне, максимальные величины характерны для термических фронтов со стороны холодных арктических вод. Список задач численного анализа, разработка программных средств С учётом имеющихся массивов термохалинных данных, других гидрологических характеристик и показателей планктонных сообществ, а также видов первичных данных планируемых экспедиций составлен список задач для численного анализа. Определены современные математические методы и программные средства, с помощью которых можно решить заявленные типы задач. Принято решение начать применять свободное программное обеспечение анализа данных на базе языков программирования Python и R (среды с графическим интерфейсом для проведения вычислительных экспериментов WEKA и RapidMiner, а также напрямую библиотеки кода для создания собственных скриптов, в том числе для ArcMap) в дополнение к уже используемым в ММБИ программным продуктам. Начата работа над внедрением гидродинамической модели MITgcm. Был создан скрипт на языке VBA для преобразования файлов .xls/.xlsx, а также частично реализованы функции графической оболочки баз данных MS Access (.accdb), содержащих информацию о численности планктонных сообществ в зависимости от места и времени выполнения станций. В качестве успешно апробированного образца необходимо использовать прототип графического интерфейса оболочки, созданной стандартными средствами MS Access для базы данных «Планктонные пелагические альгоценозы арктических морей в условиях полярной ночи и сезонного ледяного покрова» (свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2016621685 правообладатель: ММБИ КНЦ РАН; авторы: Макаревич П.Р., Моисеев Д.В., Дружкова Е.И., Олейник А.А., Духно Г.Н., Тихомирова А.А.). Оболочка должна обеспечивать возможности редактирования имеющихся записей, добавления новых, осуществления выборки данных по одному или нескольким критериям, визуализации пространственно-временного распределения на географической карте. Создание документации к разрабатываемому проекту графической оболочки проходило в соответствии со стандартом IEEE 830-1998 «Методика составления спецификаций требований к программному обеспечению». Оболочка работает со следующими внешними сущностями: (1) администратор (пользователь), (2) исследователь (пользователь), (3) провайдер MS Excel (Microsoft Excel Driver), (4) провайдер MS Access (Microsoft Access Database Engine), (5) библиотеки картографической системы, (6) файлы баз данных .accdb, таблиц .xls/.xlsx и изображений в формате PNG. Выбранные средства программирования для создания оболочки: универсальный язык программирования высокого уровня C# и среда разработки MS Visual Studio 2017.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Разработка программных средств Созданы консольные утилиты и графическая оболочка для взаимодействия с базой данных «Планктон арктических морей (ver 2.2017)». Созданы модули на языке программирования R на базе известных библиотек для решения задач численного исследования по теме проекта, сводящихся к выполнению корреляционного, факторного и аффинитивного анализа. Предложены технологии для реализации базы данных и веб-приложения «Мониторинг загрязнения морских экосистем Арктики» с применением СУБД PostgreSQL и библиотеки Leaflet.js соответственно. Разработана компьютерная технология для последовательного отбора и преобразования данных World Ocean Data с целью построения временного ряда оценок затока атлантических вод на выбранной акватории за выбранный период времени. Оценка затока атлантических вод в Баренцево море по термохалинным данным Предложена компьютерная технология построения временных рядов оценок затока атлантических вод в Баренцево море за период с 1970 г. по 2016 г.: по многолетним данным контактного мониторинга солёности из World Ocean Database для разреза «Кольский меридиан» построены ряды значений площади фигур, ограниченных изохалиной 35‰, дном и поверхностью воды. Исходя из статистического анализа данных и экспертных заключений определены границы областей типовой обеспеченности данными для каждого сезона атмосферной циркуляции: предвесенье и весна – отрезок [69,50° с.ш.; 74,55° с.ш.], лето – [69,50° с.ш.; 76,55° с.ш.], осень – [71,45° с.ш.; 76,55° с.ш.], предзимье – [69,50° с.ш.; 74,55° с.ш.], зима – [70,45° с.ш.; 74,25° с.ш.]. Восстановление распределения на разрезе, необходимое для расчёта площади, позволяет отслеживать изменчивость положения полярного фронта. Вариации оценок идентифицируется как квазипериодический процесс с циклами 7-8 лет. Максимумы затока отмечены в 1985, 1992, 1999/2000, 2007/2008 гг., цикличность подтверждается зимними экспедициями ММБИ КНЦ РАН 2014, 2015, 2017 гг. Атлас карт распределения океанологических и гидрохимических показателей, а также продукционных показателей основных элементов пелагических экосистем в районе полярного фронта По результатам исследований подготовлен «Электронный атлас карт распределения океанологических и гидрохимических показателей, а также продукционных показателей основных элементов пелагических экосистем в районе полярного фронта». Карты Атласа размещены на сайте проекта: http://www.mmbi.info/rnf_plankton Оперативная информация Проведена комплексная экспедиция в район полярного фронта в Баренцевом море в весенний период. Пополнение баз данных Зарегистрирована база данных «Планктон арктических морей (ver 2.2017)» в реестре баз данных Роспатента. В ходе экспедиции проведен отбор значительного количества проб планктона. Гидрологические условия Показано положение фронтального раздела, проведённого по максимальным значениям градиента температуры и солёности между соседними станциями полигона в районе Шпицбергенской банки. Показано положение полярного фронта в районе разреза «Кольский меридиан». В весенний период 2018 г. в Баренцевом море сохранялись положительные аномалии температуры воды, свидетельствующие о продолжающемся теплом климатическом периоде. Хлорофилл Анализ данных за 2017–2018 гг. показал, что в весенний период (апрель-май) бурное «прикромочное цветение» пелагического альгоценоза с концентрациями хлорофилла ≥5 мг/м3 наблюдается как в западной, так и в восточной части акватории Баренцева моря. Достоверное снижение концентрации хлорофилла а при отдалении от ледовой кромки, так называемый «прикромочный эффект», постепенно затухает на расстоянии около 60 миль. Кратковременная фаза максимальной активизации фитоценоза сменяется в летний период стадией сезонной олиготрофии с заглублением максимума хлорофилла и опусканием ядра цветения на горизонт 50 м (Сха˂2 мг/м3). С наступлением зимнего периода в фитопланктонном сообществе прикромочной зоны преобладают деструктивные процессы, хлорофилл а определяется в следовых количествах. Результаты работы будут способствовать формированию целостного представления о пространственной-временной динамике такого сложного и малоизученного явления на акватории Баренцева моря, как «прикромочное цветение». Новые данные по содержанию хлорофилла а в водной толще позволяют судить о продукционном потенциале не только поверхностного горизонта, но и более глубоких слоев фотической зоны. Бактериопланктон Анализ оригинальных и архивных данных ММБИ показал, что в районе полярного фронта центральной части Баренцева моря основные количественные показатели бактериопланктона имеют выраженные сезонные колебания, связанные с фазами годового сукцессионного цикла первичных продуцентов. При этом средние значения бактериальной численности и биомассы в арктических водах в зимний (0.18 млн кл/мл и 17.47 мг/м3) и летний (0.47 млн кл/мл и 23.64 мг/м3) периоды оказались сопоставимы с таковыми в атлантических водах (зима – 0.28 млн кл/мл и 23.92 мг/м3; лето – 0.69 млн кл/мл и 30.49 мг/м3). По результатам наших и зарубежных исследований в период летней вегетации фитопланктона максимальный уровень продукции бактерий регистрируют в области теплых атлантических вод, куда он смещается из холодной арктической области после вспышки весеннего цветения. Микропланктон В области полярного фронта в предзимний период 2017 г. отмечены протисты 44 таксонов видового ранга: диатомеи (Bacillariophyta, 11 видов), динофлагелляты (Dinophyta, 16), золотистые (Chrysophyta, 1), кокколитофориды (Haptophyta, 1), празинофитовые (Prasinophyta, 1), инфузории (Infusoria = Ciliophora, 8), радиолярии (Radiolaria = Radiozoa, 4), формы неясного таксономического положения (incertae sedis, 2). Результаты сравнения таксоценозов с разных сторон фронта свидетельствуют о высокой степени общности: отмечено 26 видов, общих для всей области полярного фронта; коэффициент Серенсена-Чекановского составил 0.75. Только на южной стороне полярного фронта отмечено 3 вида: Corethron criophilum, Lithomelissa setosa, Coccolithus pelagicus. Только на северной стороне полярного фронта отмечены Ceratium longipes, Chaetoceros atlanticus, Ch. decipiens и Strombidium strobilus. Еще несколько видов встречается по обе стороны фронта, но при численности, различающейся многократно на разных его сторонах. Биомасса микропланктона на южной стороне полярного фронта составила около 9 мкг/л в слое 100–0 м, тогда как на северной стороне фронта аналогичная величина составила около 4 мкг/л. Во всей исследованной области пелагиали основу обилия составили динофлагелляты – около 80% общей биомассы микропланктона в слое 100–0 м. В период с 2012 по 2018 гг. в Баренцевом море было зарегистрировано 18 видов динофлагеллят, 1 вид диатомей и 3 вида инфузорий-тинтиннид, ранее не отмечавшихся. Все виды обнаружены в области непосредственного влияния атлантических вод в пределах Центральной ветви Нордкапского течения, Прибрежной и Основной ветвей Мурманского течения. Естественной инвазии микропланктеров в указанный период способствует рост теплосодержания вод Баренцева моря до уровня теплых и аномально теплых лет. Зоопланктон Анализ многолетних данных показал, что в водах полярного фронта продукция зоопланктона, которую в основном формировали копеподы, в летние сезоны варьировала от 0.06 до 4.02 мг сухой массы/м3 в сутки. Составлены карты распределения интегральной биомассы и продукции зоопланктона в Баренцевом море, включая район полярного фронта и прилегающих вод. Зоны с высокой продукцией зоопланктона приурочены к границам взаимодействия водных масс разных типов, в частности максимум отмечается в водах полярного фронта. Главными факторами, детерминирующими пространственные вариации интегральной биомассы, суточной продукции и P/B-коэффициента зоопланктона в районе полярного фронта являются температура воды и запас кормовых ресурсов. Проведены экспедиционные исследования продукционных характеристик зоопланктона в весенний период 2018 г. Состояние зоопланктонного сообщества несло в себе черты весенней и зимней фазы сукцессионного цикла развития планктона. В состав криопелагического биоценоза северо-западной части Баренцева моря входили типичные представители автохтонной ледовой фауны: 4 вида амфипод – Apherusa glacialis, Onisimus glacialis и Gammarus wilkitski, а также 1 вид копепод – Jaschnovia brevis. Несмотря на то, что особи J. brevis регистрировались ранее почти во всех морях российского сектора Арктики, нахождение этого вида на акватории Баренцева моря отмечено впервые. На основе сравнительного анализа особенностей распространения данного вида в летний и зимний периоды, а также имеющихся данных относительно зависимости вертикального распределения особей от абиотических параметров среды, сформулирована новая экологическая характеристика вида J. brevis как холодноводного эпипелагического вида, в своем распространении ограниченного изобатой 50 м и изотермой -1º С. Данное определение позволяет объяснить большинство противоречивых фактов его обнаружения в арктических шельфовых морях, а также Северном Ледовитом океане.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Задача 8: оперативная информация о климатическом и гидрологическом режиме арктических морей; оперативная информация о состоянии пелагической биоты арктических экосистем; пополнение океанографических и биотических баз данных. Для получения оперативной информации о климатическом и гидрологическом режиме арктических морей в 2019 г. проведено 3 морских экспедиции в районы полярного фронта арктических морей: в весенний, летний и осенне-зимний сезоны. Сделано в общей сложности 228 станций, на которых выполнено 228 СТД-зондирований, отобрано более 1800 проб на гидрохимический состав, хлорофилл и планктон. Задача 9. Итоговый анализ особенностей функционирования пелагических экосистем в районе полярного фронта. Гидрофизические характеристики полярного фронта Анализ затока вод атлантического происхождения, определяемый изохалиной 35‰, через разрез «Кольский меридиан» за период с 1970 г. по настоящее время позволяет сделать вывод о 7-8 летних циклах и крайнем максимуме в 2015 г., то есть о потеплении баренцевоморских вод в ближайшие годы в области «Кольского меридиана». Результаты экспедиций 2017-2019 г. указывают на появление локального минимума в 2019 г., что подтверждает эту тенденцию. Анализ фронтов по данным судовых экспедиций и спутникового зондирования для всего Баренцева моря за последнее десятилетие показал в сравнении с референсной картой 2012 г. следующие результаты: (1) наличие больших градиентов во все времена года главным образом в южной части Медвежинской фронтальной зоны, (2) ослабление южной части прикромочной фронтальной зоны как отдельной части фронта, сдвигом фронтальной зоны на север, северо-восток, (3) ослабление северной части фронтальной зоны периферии Центрального желоба, (4) значительной подвижности фронтов в районе Медвежинской фронтальной зоны и Центральной возвышенности (сдвиги в обе стороны в меридиональном направлении в коридоре шириной 0.3°). Хлорофилл В весенний период 2016, 2018 и 2019 гг. изучено содержание хлорофилла а в слое 0-50 м на обширной акватории Баренцева моря - севернее 75° с.ш. Выполнено 11 океанографических разрезов, включавших 52 станции. Благодаря отрицательным аномалиям ледовитости и высокоширотному положению ледовой кромки были получены оригинальные для весеннего периода данные о концентрации хлорофилла а в труднодоступных и ранее не изученных областях баренцевоморской акватории. Район работ охватывал область, где квазистационарно располагался полярный фронт, а так же прикромочную ледовую зону. Выявлено влияние полярной и прикромочной фронтальных зон на распределение концентрации хлорофилла а. Наиболее мощным фактором оказавшим воздействие на распределение хлорофилла явился полярный фронт. Онразделял преимущественно арктические и атлантические воды. Наибольшие концентрации пигмента соответствовали арктической водной массе и превышали содержание исследуемого пигмента в водах атлантического происхождения на порядок. Влияние прикромочного фронта было не столь очевидным - содержание хлорофилла а в водах разного происхождения отличалось, но не более чем в 2 раза. Бактериопланктон Впервые исследована сезонная динамика бактериопланктона района полярного фронта, разделяющего арктические и атлантические воды Баренцева моря. Показано, что от полярной ночи к полярному дню изменчивость численности и биомассы бактерий в этих водных массах носит различный характер и определяется концентрациями органического вещества разного происхождения. В случае увеличения затока теплых вод атлантического происхождения, как правило, отражающего период потепления, будет наблюдаться увеличение продукции бактерий в пелагиали полярного фронта Фитопланктон В апреле 2018 г. на северо-западе Баренцева моря в районе полярного фронта (участок к юго-востоку от арх. Шпицберген) были проведены комплексные исследования качественных и количественных характеристик пелагического альгоценоза. Отбор проб был выполнен на 19 станциях с четырех горизонтов: 0 м, 10 м, 25 м, 50 м. По итогам работ впервые получено описание ранневесеннего состояния фитопланктона высокоширотной области баренцевоморской акватории. Таксономический состав сообщества соответствовал начальной стадии годового сукцессионного цикла. По численности и биомассе полностью доминировали представители диатомовых водорослей, формирующие первый пик цветения во всех арктических морях: Achnanthes taeniata, Nitzschia grunowii, Thalassiosira antarctica. Показано, что на всей изученной акватории, по обе стороны от полярного фронта, альгоценоз верхнего 50-метрового слоя водной толщи был практически однороден по видовому составу, но резко отличался по величинам количественных показателей – в арктических водах общая биомасса микроводорослей в среднем почти в 30 раз превышала таковую в атлантических. В то же время доля в ней указанных доминантов была сходной: соответственно более 90 и более 70 процентов. Данные результаты позволили сделать вывод, что в ранневесенний период в Баренцевом море полярный фронт не служит границей между различными фитопланктонными сообществами, но при этом четко отделяет высокопродуктивные арктические водные массы от атлантических с низким уровнем развития первичных продуцентов. В теплый климатический период с увеличением затока атлантических вод в пелагиали полярного фронта будут доминировать виды Phaeocystis pouchetii и Protoperidinium pellucidum. Зоопланктон Для зоны полярного фронта разработаны сценарии развития зоопланктонных сообществ при колебаниях климата. Выявлено повышение доли бореальных видов в наиболее теплые годы. При возврате климатической системы к норме, увеличивается относительное число арктических и аркто-бореальных видов. Наиболее значимыми внешними факторами в детерминации межгодовых вариаций зоопланктона в зоне полярного фронта являются аномалии температуры воды, концентрация хлорофилла а, средняя температура воды и индекс обилия мойвы. Сдвиг отклика зоопланктонного сообщества на процессы потепления на разрезе "Кольский меридиан" в зоне полярного фронта составляет примерно 1 год. В качестве индикатора климатических изменений в пелагиали полярного фронта может быть использовано соотношение биомасс бореальных и арктических видов зоопланктона.