XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение

Проблема интенсивного «цветения» воды очень остро стоит для самых разных акваторий. «Цветением» воды считают массовое развитие одного или 2-3 планктонных видов, сопровождающиеся значительным ухудшением качества воды. Интенсивное и зачастую вредоносное цветение водорослей резко возросло в последние 20-30 лет и охватило как пресные, так и морские водоемы. Как считают гидробиологи, это вызвано целым комплексом факторов, таких как изменение климата, поступление в воду большого количества различных минеральных и органических веществ, связанное с интенсификацией хозяйственной деятельности человека [10].

Эта проблема очень актуальна на сегодняшний день, поскольку вредоносное цветение может оказать угнетающее действие на водную биоту из-за кислородного голодания и выделения токсичных метаболитов.

Дистанционное зондирование является эффективным методом мониторинга состояния природных ресурсов, в частности водоёмов. Достоинства данного метода заключаются, в первую очередь, в актуальности данных на момент съемки, а также в высокой оперативности получения данных, высокой точности обработки данных за счет применения GPS технологий, высокой информативности, экономической целесообразности и так далее.

Целью курсовой работы является применение методов дистанционного зондирования для изучения цветения Рыбинского водохранилища

Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:

Изучить опыт применения данных дистанционного зондирования на Рыбинском водохранилище О.Ю. Лавровой, Д.М. Соловьевым, А.Я. Строчковым и В.Д. Шендрик в 2014 году.

Рассмотреть район исследования, а также фитопланктон водохранилища.

Освоить спутниковый информационный сервис See the sea.

Получить космические снимки за 2016 и 2018 гг. для дальнейшего анализа.

Изучить программный комплекс Quantum GIS.

Построить карту динамики, карту топографического дешифрирования.

Проанализировать полученные карты и сделать вывод о возможных причинах массового развития цианобактерий в Рыбинском водохранилище.

Опыт применения данных дистанционного зондирования на Рыбинском водохранилище

Исследования по спутниковому мониторингу интенсивного цветения водорослей в Рыбинском водохранилище проводились О.Ю. Лавровой, Д.М. Соловьевым, А.Я. Строчковым и В.Д. Шендрик в 2014 году.

В ходе их работы рассматривались возможности и ограничения использования данных дистанционного зондирования из космоса для выявления областей интенсивного цветения водорослей. Спутниковые наблюдения проводились над акваторией Рыбинского водохранилища.

Исследования базировались на изображениях, полученных с помощью сенсоров спутников серии Landsat, ASAR и MERIS Envisat, SAR ERS-2. Исследователи сделали вывод, что данные спутников Landsat лучше всего подходят для выявления областей цветения цианобактерий, а на радиолокационных изображениях лучше проявляются акватории, подверженные интенсивному цветению диатомовых водорослей.

На основе информации, полученной сенсором MERIS Envisat строились карты концентрации хлорофилла и интегрального количества взвешенного вещества, для получения количественных оценок биомассы водорослей.

Многолетний спутниковый мониторинг акватории Рыбинского водохранилища показал, что биогенное загрязнение, выражающееся в интенсивном цветении водорослей, наблюдается каждый год. Наибольшая интенсивность цветения диатомовых наблюдается вдоль берегов. Пик их цветения приходится на конец мая – первую половину июня. Цветению цианобактерий подвержен Главный плёс, особенно в его центральной части. Наблюдается межгодовая изменчивость интенсивности цветения сине-зеленых. Наибольшие площади занятые ими выявлены на спутниковых изображениях, полученных в августе 2000 и 2010 гг., когда прогрев воды был максимальным.

Данные сенсоров спутника Landsat, особенно OLI Landsat-8, наиболее подходят для выявления областей цветения цианобактерий и для качественной оценки его интенсивности. Для получения количественных характеристик на основе данных спутникового зондирования необходимо развивать региональные алгоритмы, поскольку стандартные алгоритмы не всегда пригодны для внутренних пресных водоемов [10].

Рис. 1. Проявление цветения на изображениях OLI Landsat-8: а - 08.08.2013; б - 09.09.2013. Цифрами обозначены станции контактных измерений: 1 – Коприно; 2 – Молога; 3 – Наволок; 4 – Измайлово; 5 – Средний Двор; 6 – Брейтово [10].

На радиолокационных изображениях Рыбинского водохранилища лучше всего отображаются скопления диатомовых водорослей в виде темных пятен пониженного рассеяния. Интенсивное цветение сине-зеленых водорослей проявляется на радиолокационных изображениях в виде многочисленных сликов за счет наличия на поверхности воды биогенных пленок.

Рис. 2. Проявление цветения водорослей на радиолокационных изображениях: а – темные пятна соответствуют областям цветения диатомовых водорослей (РЛИ ASAR Envisat от 15.06.2011); б – нитевидные слики, вызванные биогенными пленками отражают цветение цианобактерий (РЛИ SAR ERS-2 от 19.07.2009) [10].

В результате было показано, что для случаев интенсивного цветения цианобактерий, когда на поверхности воды образуются плотные скопления водорослей, стандартные алгоритмы, разработанные NASA для данных MERIS Envisat, имеют серьезные ограничения. Результаты, полученные на основе анализа спутниковой информации, сравнивались с результатами натурных измерений с судна, которые проводились в июне и августе 2010 и 2013 г. Прослеживалась хорошая корреляция на качественном уровне. Проводилось сравнение с биогенным загрязнением в Балтийском море [10].

Описание объекта исследования

Рыбинское водохранилище

Рыбинское водохранилище и прилегающая к его берегам местность расположены в пределах трех административных областей — Ярославской, Вологодской и Калининской. Большая часть акватории лежит в Ярославской области. Северная и северо-восточная часть, расположенная между устьями рек Мологи (на западе) и Маткомы (на востоке) входит в Вологодскую область.

Небольшой участок в северо-западной части побережья между устьями рек Сёблы и Мологи находится в Калининской области.

Если учитывать весь бассейн Волги и ее притоков выше Рыбинской плотины, то к упомянутым областям надо добавить отдельные участки Новгородской, Смоленской, Московской и маленький участок Владимирской.

Рыбинское водохранилище — четвертое по счету от истока Волги после Верхневолжского, Иваньковского и Угличского и третье в объединенной системе Волжско-Камского каскада, началом которого принято считать Иваньковское водохранилище.

В Рыбинское водохранилище впадают такие реки, как: Волга, Шексна, Молога [1,3].

Рис. 3. Районирование Рыбинского водохранилища. Цифрами обозначены станции контактных измерений: 1 – Коприно; 2 – Молога; 3 – Наволок; 4 – Измайлово; 5 – Средний Двор; 6 – Брейтово [6].

Геологическое строение

Местность, в которой расположено Рыбинское водохранилище, по геологическому строению относится к наиболее глубокой части Московской синеклизы. Кристаллический фундамент Русской платформы здесь залегает на глубине более 3000 м.

Наиболее древний осадочные породы, выступающие на поверхность в районе водохранилища, нижнетриасовые континентальные отложения, представленные пестроцветными глинами и мергелями. Они обнажаются в нескольких местах в Рыбинском районе. Одно из обнажений триасовых пород, находящееся в районе с. Перемут, в настоящее время затоплено водохранилищем. Над триасом лежат морские верхнеюрские и нижнемеловые глины и пески, лучше всего заметные в южной части водохранилища на берегах Волжского плёса.

В самой северной части побережья водохранилища среди обнажающихся коренных пород преобладают нижнепермские пестроцветные отложения различного литологического состава [3,5].

Бассейн Волги выше Калинина сложен, преимущественно, известняками каменноугольной и пермской систем. Между Калинином и Угличем в редких местах обнажаются юрские глины и пески. В пределах всего бассейна Рыбинского водохранилища коренные породы перекрыты мощной толщей четвертичных, преимущественно ледниковых и водно-ледниковых отложений. В районе, где расположено само водохранилище, обнажения коренных пород очень редки. Наибольшей известностью пользуется обнажение юры и мела на правом крутом берегу Волжского плёса близ Глебова. Здесь выступают на поверхность нижнемеловые и юрские пески и глины с обильной мезозойской фауной.

Рельеф

Побережье водохранилища, непосредственно прилегающее к урезу воды, сложено преимущественно водно-ледниковыми, лимногляциальными и флювио-гляциальными отложениями различного гранулометрического состава.

Рельеф побережья Рыбинского водохранилища плоский, слабо расчлененный. Наиболее крутые еклоны возвышенностей, достигающих высоты 200 — 220 м, в непосредственной близости к водохранилищу встречаются в северо-восточной части побережья близ Мяксы. Сравнительно крутые берега также имеет Волжский плёс между Еремейцевым и Глебовым [1].

Наиболее возвышенные участки, которые видны с берегов водохранилища, находятся к северо-востоку от с. Мяксы и с. Щетинского в верховьях рек Шормы и Мяксы. Здесь абсолютные высоты достигают 221 л*. Эта возвышенность расположена приблизительно в 5 — 10 км от берега в пределах Череповецкого района Вологодской области и хорошо видна со стороны водохранилища.

Еще большей высоты, до 229 м достигает Андогская гряда, расположенная в 35—40 км к северу от водохранилища в Череповецком районе Вологодской области. Однако эта возвышенность не видна с берега и не влияет на ландшафты самого побережья. Точно также Овинищевская возвышенность в верховьях рек Ламы и Кесьмы достигает высоты 268 м. Эта возвышенность находится на расстоянии 30— 35 км от берега на границе Весьегонского и Краснохолмского районов Калининской области. Она также не видна с побережья [6].

К западу и юго-западу от водохранилища простирается обширная полого-волнистая равнина, пересекаемая реками Суткой, Ильдью, Чеснавой, Ситью и Сёблой. В своей нижней части рельеф этой равнины почти столь же плоский, как самой Молого-Шекснинской низины. Четко выраженные пойменные и надпойменные террасы хорошо выражены только в пойме р. Сити, которая является относительно самой большой рекой, пересекающей эту местность [4].

К востоку от водохранилища расположена волнистая моренная Пошехонско-Тутаевская равнина, пересекаемая реками Согржей, Ухрой и рядом маленьких речек. Эта равнина в южной части полого спускается к Молого-Шекснинской низине со стороны Даниловской возвышенности. Крутые склоны к берегу древнего Молого-Шекснинского озера имеются только в северной части в районе, пересекаемом реками Маткомой, Шормой и Мяксой.

Климат

Климат побережья Рыбинского водохранилища характеризуется умеренно теплым летом, умеренно холодной зимой и, как правило, достаточным увлажнением. Сравнительно часто здесь повторяются дождливые годы с избыточным увлажнением. Напротив, засушливые годы с длительными засухами мало распространены. Кратковременные засухи, продолжительностью до двух-трех недель, реже до месяца, повторяются сравнительно нередко.

Для местности, где расположено Рыбинское водохранилище, как и для всей северо-западной части Русской равнины, типично преобладание широтной, зональной циркуляции атмосферы с плавными переходами сезонных показателей температуры воздуха.

Годы, в которые доминирует меридиональная циркуляция, повторяются реже. Для таких лет характерны резкие изменения погоды с чередованием вторжений арктических и тропических воздушных масс, а также почти непрерывная штормовая погода. Преобладание меридионального циркуляционного механизма чаще всего совпадает с периодами повышенной солнечной активности.

Над зеркалом Рыбинского водохранилища выпадает заметно меньше осадков, чем над прилегающей местностью [3]. Это обусловливается сочетанием нескольких факторов. Главный из них — уменьшение восходящих токов над центральной частью водного зеркала по сравнению с прилегающими к водохранилищу участками суши. Над центральной частью Главного плёса количество осадков менее 500 мм. На большей части побережья Главного плёса количество осадков колеблется от 512 мм в Брейтове до 660 мм. в Пошехонье

Из всех метеорологических факторов создание водохранилища оказало наибольшее влияние на изменение ветрового режима. Средняя скорость ветра на побережье и над акваторией стала выше, чем над окружающей сушей. В прибрежной полосе средняя скорость ветра увеличилась более чем в полтора раза (табл. 9).

В холодное время года (XI—IV) средние скорости ветра в различных пунктах побережья колеблются от 3,5 до 6,2 м/сек., в теплое время (V— X) — от 2,9 до 6,2 м/сек, а иа Пункте открытого моря — до 6 , 6 м]сек. Наибольшая средняя скорость характерна для мыса Рожновского — 5,5 м/сек, наименьшая — 3,6 м/сек для Пошехонья.

Для большей части побережья и акватории Рыбинского водохранилища в течение большей части года типично преобладание ветров юго-западного и западного направлений. Однако отдельные участки побережья в различные сезоны характеризуются специфическими особенностями ветрового режима.

Почти повсеместно в районе Рыбинского водохранилища штилевая погода наблюдается очень редко.

В те периоды, когда циклоническая деятельность временно ослаблена летом и в начале осени, на побережье водохранилища в дневнйе часы преобладают ветры, дующие со стороны водохранилища, а ночью с берега. Такие бризы характерны для побережья большей части обширных водоемов как озер, так и водохранилищ. Поздней осенью и ранней весной бризы мало заметны, а зимой отсутствуют [2].

Почвенный покров

Почвы побережья Рыбинского водохранилища преимущественно дерново-подзолистые, реже болотные. На большей части побережья преобладают средние и легкие суглинки. На южном берегу, начиная от Волжского плёса до Рыбинска, а по восточному до устья р. Ухры широко распространены средние и легкие пылеватые супеси.

На северо-западном берегу Моложского плеса, между устьями рек Сёблы и Мологи, протянулась полоса зандровых песков, местами перемежающихся с заболоченными участками. Среди зандровых песков можно проследить гряды древних дюн, окаймлявших в послеледниковое время древнее озеро Молого-Шекснинской низины [1].

Различные модификации болотных почв: подзолисто-болотных, дерново-глеевых, торфяно-глеевых, верховых, переходных и низовых наиболее распространены на полуострове Центрального мыса, который вдается в водохранилище между Моложским и Шекснинским плёсами. Эти болота на северо-западе соприкасаются с обширными торфяными массивами, раскинувшимися между реками Чагодощей и Судой. Небольшие участки подзолисто-болотных почв, а также почв, характерных для болот переходного типа, находятся на восточном берегу Шекснинского плёса. В южной части водохранилища болотные почвы покрывают Святовской остров, расположенный на границе Волжского и Главного плёсов.

Несколько дальше от берега, в среднем и верхнем течении рек, впадающих в водохранилище с запада, юго-запада, юга и востока также имеется несколько болотных массивов, где встречаются различные модификации болотных почв.

Фитопланктон Рыбинского водохранилища

В Рыбинском водохранилища к доминирующим видам фитопланктона относятся:

 диатомовые водоросли – виды родов Aulacoseira и Stephanodiscus;

 цианобактерии - Aphanizomenonflos-aquae Ralfs ex Bornet et Flahault, Microcystisaeruginosa (Kütz.) Kütz., M. viridis (A. Braun) Lemm., M. wesenbergii(Kom.) Kom. ивидыродаAnabaena;

 зеленыеводоросли – Pediastrum boryanum (Turpin) Meneghini, Mougeotia elegantula Wittrock.

Сезонная динамика фитопланктона водохранилища характеризуется 3 подъёмами биомассы: весной, летом и осенью, которые значительно варьируются по срокам и величинам в зависимости от погодных условий и местоположения участка в водоёме. В сезонной динамике биомассы фитопланктона Рыбинского водохранилища можно выделить 4 основные стадии:

1. весенний подъём биомассы, обусловленный развитием диатомовых водорослей;

2. «летняя депрессия» - фаза чистой воды;

3. летний, самый значительный подъем биомассы, обусловленный развитием цианобактерий и диатомовых водорослей;

4. осенний пик – выражен не всегда и обычно связан с обильной вегетацией диатомовых со значительным участием цианобактерий. Осенью чаще наблюдается плавное снижение биомассы за счёт спада развития летних форм диатомовых и синезеленых водорослей. Начиная с 1981 г., до настоящего времени летний максимум превышает величины весеннего за счёт более интенсивного развития цианобактерий [1].

Практическая работа

Мною были проанализированы архивные снимки спутников серии Landsat за 2016 год и SENTINEL за 2018 год, сделанные в мало облачные и безоблачные дни.

Космические снимки были получены из архива свободного доступа с сайта glovis.usgs.gov, а также из спутникового информационного сервиса See the sea (ocean.smislab.ru).

Спутниковый информационный сервис See the sea

Спутниковый сервис SEE THE SEA (STS) – это информационная система, ориентированная на работу с данными спутниковых наблюдений для решения междисциплинарных задач исследования Мирового океана. Особое внимание в системе уделяется возможностям работы с данными спутниковой радиолокации (в основном, данными, получаемыми со спутника ENVISAT). В то же время, система позволяет проводить комплексный анализ данных различных спутниковых систем наблюдения Земли. В системе используются данные спутников Terra, Aqua, NOAA, LANDSAT и др. Система обеспечивает возможность работы как с ежедневно получаемыми спутниковыми данными, так и с многолетними архивами данных, накопленных в Институте космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) в ходе выполнения различных научных проектов.

Система призвана обеспечить специалистам, работающим в области исследования Мирового океана, возможность одновременной работы с различными видами спутниковой информации и удобный инструментарий, позволяющий проводить ее комплексный анализ. Совместное использование различных спутниковых данных предоставляет возможности глубокой и качественной интерпретации спутниковой информации и построения объективной картины сложного взаимодействия гидродинамических, метеорологических и биологических факторов.

В рамках системы развиваются различные сервисы, ориентированные на возможность выделения и описания различных процессов и явлений в океане и атмосфере над ним (вихревые процессы, поверхностные проявления внутренних волн, течения, поверхностные загрязнения, процессы, связанные с взаимодействием океана и атмосферы и др.), а также на ведение долговременных баз данных таких описаний.

Система создавалась и развивается в рамках различных проектов, выполняемых в ИКИ РАН и при поддержке грантов РФФИ 11-07-12025-офи-м-2011, РФФИ 13-07-12017-офи-м. Используется при выполнении работ по грантам РФФИ и гранта РНФ № 14-17-00555.

Рис. 4. Получение материалов в Спутниковом информационном сервисе See the sea [13].

Рис. 5. Получение материалов из архива свободного доступа с сайта glovis.usgs.gov

Рис. 6. Космический снимок значительной части Рыбинского водохранилища [13]. Произведен 31.07.2018 в 08:27:19. Спутник SENTINEL – 2A; Станция ESA; Прибор MSI.

На данном снимке видны участки с массовым развитием цианобактерий в центральной части Рыбинского водохранилища.

Рис. 7. Космический снимок Рыбинского водохранилища и прилегающих к нему территорий. Landsat 8 OLI / TIRSC1 Level-1. Произведен 31.07.2016.

На основе данных спутниковых снимках строились карта топографического дешифрирования и карта динамики в программном комплексе Quantum GIS [12].

Программный комплекс Quantum GIS (далее – Qgis).

Также, в ходе научно-исследовательской работы был освоен программный комплекс QGis.

Quantum GIS (QGIS) -— динамично развивающаяся географическая информационная система (ГИС). С ее помощью можно создавать, редактировать, визуализировать, анализировать и публиковать геопространственную информацию в Windows, Mac, Linux, BSD. Система хорошо документирована на русском языке.

Поддерживает векторные и растровые форматы, включая пространственные таблицы, хранящиеся в базах PostgreSQL с использованием PostGIS, распространенные векторные ГИС-форматы, такие как Shapefiles и растровые изображения с гео-данными (TIFF, PNG и GEOTIFF). Доступно множество плагинов для динамического расширения функциональных возможностей. Посредством специального плагина обеспечивается возможность просмотра слоев GRASS (GRASS layers), как векторных, так и растровых. При этом слои GRASS можно редактировать в QGIS.

Quantum GIS (QGIS) является ГИС с открытым исходным кодом. Работа над QGIS была начата в мае 2002 года, а в июне того же года--создан проект на площадке SourceForge. В настоящее время QGIS работает на большинстве платформ:

Unix, Windows, и OS X. QGIS разработана с использованием инструментария Qt и языка программирования C++. Это означает, что QGIS легка в использовании, имеет приятный и простой графический интерфейс.

Для построения карт были проведены следующие операции.

Обрезка

Инструмент обрезки позволяет вырезать (создавать поднабор) растровых данных на основе установленного охвата (введенного вручную или с карты) или же границ, содержащихся в векторном файле-маске. Диалог обрезки доступен из меню Растр → Извлечение → Обрезка [11].

Рис. 8. Обрезанный снимок в программе Qgis

Привязка растров

Цель координатной привязки изображений — установление связи между локальной (файловой) и географической системами координат. Благодаря этому изображение получает пространственную привязку, а значит может быть переведено из географической в спроецированную систему координат, использоваться совместно с уже имеющими привязку данными, выступать основой для векторизации [11].

Чем больше координат будет введено, тем точнее будет результат.

Рис. 9. Растровые изображения в процессе их привязки друг к другу [12,13].

Рис. 10. Результат привязки растровых изображений

Создание векторного слоя

Для того, чтобы построить карты, необходимо создать векторный слой.

Векторные данные (shape-файлы, слои PostGIS и SpatiaLite) — важный источник информации про объекты окружающего мира, которые в среде ГИС могут быть представлены в виде точек, полилиний и полигонов. Являясь полнофункциональной настольной ГИС, QGIS предоставляет возможности создания векторных слоев, поддержки топологии, формирования атрибутивной составляющей данных, а также визуализации (отрисовки) векторных слоев на основании атрибутов [11].

Рис. 11. Добавленный векторный слой. Линия. Объект – реки.

Рис. 12. Добавленный векторный слой. Полигон. Объект – водохранилище.

Рис. 13. Добавленный векторный слой. Линия. Объект – дороги.

Рис. 14. Добавлено 3 векторных слоя. Полигоны. Объекты – лесные массивы, населенные пункты и ООПТ.

Создание макета карты

Одной из сфер применения географических информационных систем является картография, в том числе и создание печатных карт. Гибкие системы символики и подписей QGIS, функциональный и удобный редактор макетов позволяют создавать красиво выглядящие карты любой сложности.

Для создания печатных карт в QGIS используют так называемые «макеты» (ранее «компоновки»).

Редактор макетов предоставляет пользователю следующие возможности:

• поддержка стандартных и пользовательских форматов бумаги

• создание многостраничных макетов

• создание серий карт (атласов)

• сохранение карты в качестве шаблона

• экспорт готовой карты в распространённые растровые (TIFF, PNG, JPEG...) форматы, а также в PDF и SVG

• возможность размещения на макете различных элементов оформления: масштабной линейки, указателя «север-юг», легенды, таблицы атрибутов, изображений, подписей, графических примитивов, и т. д.

• обзорные карты и карты-врезки • поддержка вращения всех элементов [11].

Рис. 15. Макет карты динамики

Результаты работы

В ходе работы были построены: карта «Топографическое дешифрирование» и «Карта динамики».

Рис. 16. Карта «Топографическое дешифрирование», построенная на основе космического снимка за 31.07.2016 г.

Рис. 17. «Карта динамики», построенная на основе космического снимка за 31.07.2018 г.

В июле 2018 года в отличие от 2016 года, наблюдалось обильное развитие цианобактерий в Рыбинском водохранилище.

Массовое «цветение» цианобактерий могло быть связано с различными факторами, такими, как:

1) относительно высоким содержанием в воде минерального и органического фосфора;

2) низким отношением содержания в воде азота к фосфору (N : P <25);

3) низкой численностью дафний, способных потреблять цианобактерий;

4) высокой концентрацией микроэлементов;

5) низкой прозрачностью воды [5].

На карте динамики видно, что массовое распространение цианобактерий в 2018 году наблюдается в Главном и Шекснинском плёсах. В городе Череповце качество воды в прибрежных зонах Рыбинского водохранилища оценивают, как «очень загрязненная» -категория 3Б.

Основными источниками загрязнения Шекснинского плеса являются комплексы объектов в районе г. Череповца. А именно:

• сточные воды городской канализации, поступающие через глубинный выпуск в русловую часть плёса;

• сточные воды промышленных предприятий;

• поверхностные стоки сельскохозяйственных угодий.

Что касается главного плёса, то он является озёровидным. Имеет глубоководную часть, мелководные прибрежные зоны и притоки рек Сить, Согожа, Ухра. В воде плёса содержится большое количество азота и фосфора, которые являются основным фактором, контролирующим развитие фитопланктона на всей акватории Главного плёса. Заметные колебания содержания биогенных элементов в летне-осенний период обусловлены также частым взмучиваением донных отложений в результате ветровых и стоковых течений. Интенсивное цветение цианобактерий наблюдается вдоль главного фарватера, проходящего через Главный и Шекснинский плёсы.

Также, поспособствовать массовому цветению цианобактерий могут и судовые трассы.

В периоды с длительной теплой, солнечной и безветренной погоды цианобактерии объединяются в агрегаты, которые всплывают к поверхности, образуя поверхностные или подповерхностные скопления.

Среднемесячные температуры воздуха в представленные годы ничем не отличались - 23-24 ° С (см. приложение 2). Ветры также особо ничем не отличались - 2-3 м/с. Пасмурных дней наблюдалось больше в 2018 году – 19, а в 2016 – 13. Облачных – в 2018 году - 4, в 2016 – 7, Малооблачных - в 2018 году - 4, в 2016 – 11. Ясных дней в июле 2016 года совсем не было, а в 2018 было 3 дня, как раз перед тем, как сделали снимок. Также, в июле 2016 года было 5 гроз и 2 сильно дождливых дня, в июле 2018 года – 3 грозы и один дождливый день, причем 12 дней до того, как сделали космический снимок, не наблюдалось никаких осадков, а температура воздуха составляла 23-26 ° С, а в 2016 году сильная гроза была за 6 дней до того, как сделали снимок.

Таким образом можно сделать вывод о том, что погодные условия отличались лишь количеством облачных, ясных и пасмурных дней, а также гроз и дождей. В этом может быть причина обильного развития цианобактерий в Рыбинском водохранилище.

Установить точную причину “цветения” воды возможно только опытным путем. Данные исследования будут проводиться весной 2019 года.

Заключение

Образующаяся в водных экосистемах избыточная первичная продукция и биомасса фитопланктона оказывают негативное воздействие на качество их вод и состояние организмов их обитателей. Для контроля нормального функционирования водных экосистем, сохранения высокого качества их вод и уровня полезной биологической продуктивности, необходимо проводить регулярный экологический мониторинг за уровнем развития фитопланктона, как первичного звена трофической цепи. Это можно осуществлять путем систематических полевых иследований на водоемах и с помощью спутниковых наблюдений.

В ходе выполненной работы были изучены особенности района исследования, освоены программный комплекс Quantum GIS и спутниковый информационный сервис See the sea, получены космические снимки за 2016 и 2018 гг, являющиеся основой для построения карт динамики и топографического дешифрирования. Кроме того, был проведен анализ данных карт и выявление возможных причин массового развития фитопланктона в Рыбинском водохранилище в июле 2018 года.

Массовое «цветение» цианобактерий могло быть связано с различными факторами, такими, как:

1) относительно высоким содержанием в воде минерального и органического фосфора;

2) низким отношением содержания в воде азота к фосфору (N : P <25);

3) низкой численностью дафний, способных потреблять цианобактерий;

4) высокой концентрацией микроэлементов;

5) низкой прозрачностью воды [5].

Как уже было сказано, установить точную причину “цветения” воды возможно только опытным путем. Данные исследования будут проводиться весной 2019 года.

Анализ материала, собранного в ходе экспедиций непосредственно на водохранилище летом 2018 г., в период интенсивного развития цианобактерий, будет проводиться в 4 семестре магистратуры.

Список литературы

Гусева К.А. Фитопланктон Рыбинского водохранилища (сезонная динамика и распределение его основных групп) // Тр. биол. станции «Борок». 1955. Вып. 2. С. 5—23.

Гусева К.А. Влияние режима уровня Рыбинского водохранилища на развитие фитопланктона // Тр. биол. станции «Борок». 1958. Вып.З. С.112—124.

Киселева Е.И. Планктон Рыбинского водохранилища // Тр. пробл. и тематич. совещ. Зоол. инст. АН СССР, 1954. Вып. 2. Л.: Изд-во АН СССР.

Корнева Л.Г., Дружинина Г.В. О летнем фитопланктоне Рыбинского водохранилища в 1981 г.// Биология внутр. вод. Инф. Бюлл Л.: Наука, 1985. № 68. C. 7-10.

Корнева Л.Г. Сравнительный анализ структуры и динамики фитопланктона Главного и Шекснинского плесов Рыбинского водохранилища // Структура и функционирование пресноводных экосистем. Л.: Наука, 1988. С. 63-79.

Корнева Л.Г. Фитопланктон Рыбинского водохранилища: состав, особенности распределения, последствия эвтрофирования // Современное состояние экосистемы Рыбинского водохранилища. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1993. С. 50-113.

Корнева Л.Г., Минеева Н.М., Елизарова В.А. и др. Экология фитопланктона Рыбинского водохранилища. Тольятти: 1999. 264 с.

Корнева Л. Г. Водоросли // Экологические проблемы Верхней Волги. Ярославль: Изд–во ЯГТУ, 2001. С. 37-41.

Корнева Л. Г., Соловьева В.В. Приложение (состав флоры и фауны Верхней Волги) водоросли // Экологические проблемы Верхней Волги. Ярославль: изд–во ЯГТУ, 2001. С. 365-391.

Лаврова О.Ю. , Соловьев Д.М. , Строчков А.Я. , Шендрик В.Д. Спутниковый мониторинг интенсивного цветения водорослей в Рыбинском водохранилище// Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 3. С. 54–72

Свидзинская Д. В., Бруй А. С. - Основы QGIS. Киев 2014

https://glovis.usgs.gov/app - USGS – URL: https://glovis.usgs.gov. Дата обращения: 1.12.2018.

http://ocean.smislab.ru/geocover_v4/sts.shtml – Спутниковый информационный сервис See the sea – URL: ocean.smislab.ru Дата обращения: 1.10.2018.

http://landsat.gsfc.nasa.gov – «Landsat Sсience» Дата обращения: 1.12.2018.

Приложение 1.

Код для цитирования: Скопировать