بخشی از مقاله
چکیده
دریای خزر به عنوان یک ذخیرهگاه ویژهی زیست آبی در دنیا مطرح است از این رو پایش تغییرات کیفیت آب جهت ارزیابی مسائل محیطزیستی و تهدیدات آن لازم و ضروری میباشد. استفاده از تصاویر ماهوارهای به دلیل بزرگنمایی و پوشش مکانی بهتر با فرکانس زمانی بیشتر و همچنین توسعه مدلسازی آنها کاربرد بیشتری نسبت به سایر روشهای پایش کیفیت آب دارند. جهت بررسی تغییرات فصلی و سالیانه کلروفیلa و دمای سطح آب، از تصاویر دادههای سنجندهی SeaWiFS و سنجنده AVHRRدر طی سالهای 1998 تا 2009 استفاده گردید.
نتایج حاصل از رویه روند میانه - Theil-Sen - 1 نشان داد که کلروفیلa در خزر شمالی دارای روند منفی سالانه - - -0/03 و در دو بخش دیگر مثبت است همچنین دمای سطح آب دارای روند مثبت و افزایشی بوده است
غلظت کلروفیل لایه سطحی مخصوصاً در مناطق کمعمق خزر شمالی نسبت به سایر بخش-های دریای خزر بیشتر بود. تغییرات فصلی در تمام مناطق دریای خزر به جز خلیج قرهبغاز با حداکثر مقدار آن در ماههای مرداد تا شهریور مشاهده گردید، که با دورههای حداکثر دما و فشار باد در سطح دریا در ارتباط بود. در مقیاس تغییرات سالیانه، تغییرات کلروفیل دریای خزر به شاخص نوسانات اطلس شمالی، دمای سطح دریا و ناهنجاری فشار باد مناطق مختلف دریای خزر وابسته بود.
مقدمه
امروزه اجرای برخی برنامههای توسعه اقتصادی، صنعتی، کشاورزی و خدماتی باعث برهم خوردن تعادل و توازن طبیعت و به دنبال آن افزایش آلودگیهای محیطزیستی شده است که اغلب منجر به افزایش مواد مغذی و شکوفایی جلبکها و عواقب آنها مانند افزایش کدورت Orpin - و همکاران، - 2004، تغییر در اکسیژن محلول Sanchez - و همکاران، - 2007 و در نهایت کاهش کیفیت آب و تاثیر بر اکوسیستمهای دریایی میگردد Anderson - و همکاران، . - 2002 باتوجه به ارتباط تنگاتنگ کیفیت آب باسلامت محیطوکیفیت زندگی، نظارت بر اکوسیستمهای دریایی لازم وضروری میباشد.
با پایش تغییرات کیفیت آب، میتوان روندهای بلندمدت کاهش کیفیت آب ناشی از منابع انسانی و طبیعی را مشاهده، ارزیابی و تصحیح نمود وهمچنین تغییرات کیفیت آب را برای آینده پیشبینی کرد - Biermanو همکاران،. - 2011مشخصات متمایز جغرافیای فیزیکی، شرایط اکولوژیکی و هیدرولوژیکی دریای خزر را به سه قسمت خزر شمالی، میانی و جنوبی تقسیمبندی میکند و خلیج قرهبغاز به دلیل متفاوت بودن شرایط هیدرولوژیکی، تبخیر زیاد و شوری بسیار بالا 350 - گرم بر لیتر - به طور جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
تا به حال مطالعاتی در زمینه تغییرپذیری مکانی و ارتباط تأخیری بین مؤلفههای زیست-نوری در دریای خزر انجام نشده است. اکثر مطالعات در دریای خزر در زمینه ارتباط یک مؤلفه زیستنوری- - عموماً کلروفیل - با پارامترهای محیطی صرفاً به صورت بررسی تغییرات زمانی آنها صورت گرفته است. از جمله مطالعات انجام گرفته میتوان به مطالعاتی در زمینه تغییرات زمانی غلظت کلروفیل و ارتباط آن با دمای سطح آب اشاره کرد
همچنین ارتباط زمانی بین غلظت کلروفیل با تنش باد Nezlin - ، 2005؛ Jamalomidi، - 2013 و شانهدار دریای خزر Kopelevich - و همکاران، 2004؛ Moradi، - 2013 مشاهده گردید.
پایش زمانی ادب و همکاران - 1389 - نشان داده است که طی سالهای 2003 تا 2009 غلظت کلروفیل در خزر جنوبی افزایشیافته است - ادب و همکاران، . - 1389 بیشترین غلظت کلروفیل در بخش شمالی به دبی رودخانه ولگا و همچنین نوسانات اطلس شمالی2، در بخش میانی به باد و در بخش جنوبی به باد و دمای سطح آب ارتباط داده شده است
Milesو همکاران - - 2010 با استفاده از تصاویر MODISطی سالهای 2003-2008 با تجزیه و تحلیل مقادیر کلروفیل a و دمای سطح آب در اقیانوس اطلس نشان دادند که هر چه از مناطق ساحلی فاصله گرفته شود دمای سطح آب کاهش یافته و با ثباتتر میشود که غلظت کلروفیل نیز به همین ترتیب کاهش مییابد.
Nezlinو همکاران - 2010 - به بررسی ارتباط اقلیم با تنظیم تغییرات کلروفیل طی دوره 1997-2009 در خلیج فارس پرداختند و نشان دادند که عوامل بارندگی و باد به عنوان فاکتورهای اصلی تنظیم کننده غلظت کلروفیل در دوره های مختلف بودند. در سالهای 2000 و 2008 با کاهش بارش افزایش غلظت کلروفیل مربوط به انتقال مواد غذایی توسط باد به آب بوده است در صورتی که در بقیه سالها، بارش با کاهش ذرات موجود در اتمسفر - از طریق مهار هسته و انتشار براونی - و افزایش عمق نفوذ نور بر غلظت کلروفیل تاثیر گذار بود.
هدف از این مطالعه بررسی روند و تغییرات مکانی-زمانی مؤلفه زیست-نوری کلروفیلa درطی سالهای 2009-1998 با استفاده از سنجنده SeaWiFS در مقیاسماهیانهدریایخزر و همچنین ارتباط تغییرات آن با پارامترهای مختلف دمای سطح دریا، تنش باد و نوسانات اطلس شمالی با وقفههای زمانی مختلف میباشد.
مواد و روشها
تجزیه و تحلیل تغییرات زمانی-مکانی در زیتوده فیتوپلانکتونهای دریای خزر بر اساس دادههای جمعآوری شده سنجش از دور به وسیله سنجندهی SeaWiFSانجام گرفت. دادهها از مرکز هوانوردی ملی و مرکز مدیریت پرواز فضایی گداردو3 مرکز توزیع بایگانی فعال - ناسا جی.اس.اف.سی دی ای ای سی - 4بدست آمده است. از تصاویر نقشههای استاندارد سطح 3 - اس.ام.اس - 5به طور متوسط ماهانه استفاده گردید. فرمت دادههای سطح 3 اس.ام.آی به صورت شبکهای منظم از طرح استوانهای دارای مسافت برابر 360°⁄4096 پیکسل - سطح تحت پوشش 4.6 کیلومتر - است. الگوریتم مورد استفاده برای سنجنده SeaWiFS در حال حاضرتولیدات کلروفیل a بر اساس الگوریتمHu - OC4 و همکاران، - 2012 و میباشند که داده های با ارزشی درباره توزیع زمانی و مکانی کلروفیل a در آب را فراهم میکنند.
تاثیر تنش باد بر پایه از پایگاه داده هواشناسی بدست آمد این اطلاعات شامل سرعت باد منطقهای و نصفالنهاری 10 متر بالاتر از سطح دریا در شبکههای منظم از طرح استوانهای دارای مسافت مساوی یک درجه تفکیک مکانی میباشد. با استفاده از معادله τ = 2به شدت باد تبدیل شد - kgm-1s-2 - ؛ در این معادله U سرعت باد - ms-1 - در 10 متر، ρa چگالی هوا - 1.2 kgm-3 - و Cd بدون واحد اندازهگیری ضریب اصطکاک - 0.0013 - است
به منظور پیشپردازش دادهها و از بین بردن خودهمبستگی سریالی از روشهای داربن واتسون6 پیشسفید کردن7 استفاده گردید. ابتدا به منظور پی بردن به میزان خودهمبستگی سریالی از آماره داربن واتسون استفاده میشود Neeti - وEastman، . - 2011 مقدار آماره داربن واتسون از طریق رابطه زیر بدست میآید
مقدارهای باقیمانده در زمان t است. میزان این آماره بین 0 تا 4 است؛ در صورتیکه مقدار آن برابر 2 باشد خودهمبستگی سریالی وجود ندارد، اگر مقدار آن بیشتر از 2 و یا کمتر از 2 باشد به ترتیب خودهمبستگی سریالی منفی و مثبت وجود دارد. در صورتی وجود همبستگی سریالی پیش سفید کردن روی دادهها انجام میگیرد که از طریق رابطه زیر خودهمبستگی سریالی را از بین میبرد
