Spatio-temporal variability of primary production and its relation to physical and biological parameters: a case study of the Atlantic sector of the Arctic

Abstract

В работе рассмотрены пространственно-временная изменчивость концентрации хлорофилла-а (Хл-а) как индикатора продуктивности вод в морях Северо-Европейского бассейна (Баренцево, Норвежское и Гренландское моря) и параметров среды, определяющих продуктивность Мирового океана: глубины эвфотического слоя (Zeu), фотосинтетически активной радиации (ФАР), температуры поверхности океана (ТПО), глубины перемешанного слоя (ГПС) и солёности, а также пространственно-временная изменчивость связей между Хл-а и параметрами среды. В работе также построены модели для восстановления положения высокопродуктивных вод для каждого моря с помощью алгоритма машинного обучения Random Forest в модификации Classifier, и оценен вклад параметров среды в изменчивость Хл-а. В результате работы описаны характер и изменчивость связей между Хл-а и параметрами среды, вклады параметров среды в изменчивость Хл-а; разработаны алгоритмы оценки продуктивности вод рассматриваемых акваторий и проведена валидация разработанных алгоритмов.

This paper reviews the spatial and temporal variability of chlorophyll-a (Chl-a) concentration as an indicator of productivity in the seas of the European Arctic corridor (the Barents, Norwegian and Greenland Seas) and environmental parameters that determine ocean productivity: euphotic layer depth (Zeu), photosynthetically active radiation (PAR), sea surface temperature (SST), mixed layer depth (MLD) and sea surface salinity, as well as the spatiotemporal variability of the relationships between Chl-a and the environmental parameters. Moreover, models for restoring the position of high-productivity waters for each sea using the Random Forest machine learning algorithm in the Classifier modification were created, and the contribution of environmental parameters to the variability of Chl-a was estimated. In conclusion, the nature and variability of the relationships between Chl-a and environmental parameters and the contributions of environmental parameters to the variability of Chl-a were described; algorithms for assessing the productivity of the waters of the reviewed area were developed and the validation of the developed algorithms was carried out.