Новые данные о влиянии климата на рыболовство

Изменение климата оказывает глубокое воздействие на океан: вода становится теплее, кислее и беднее кислородом. Океан также поглощает огромное количество атмосферного углекислого газа, необходимого для роста фитопланктона у освещённой солнцем поверхности. Все эти изменения влияют на морскую жизнь, но понять, как именно, — сложная задача.

Учёные из Национального центра атмосферных исследований США (NSF NCAR) связали несколько современных компьютерных моделей, чтобы создать детальную картину того, как условия в атмосфере влияют на океан; как океан, в свою очередь, влияет на рост фитопланктона и зоопланктона; и, наконец, как это воздействует на мелкую рыбу, питающуюся зоопланктоном, и на более крупную рыбу, которая ест мелкую.

Результатом стал невероятно богатый, высокодетальный глобальный набор данных, охватывающий несколько десятилетий. Он поможет ответить на множество научных вопросов об изменениях в океане и заложит основу для улучшенных прогнозов того, как потепление климата повлияет на рыболовство, что критически важно для устойчивого управления ресурсами.

"Мы очень рады сделать этот набор данных об океане доступным", — сказала ведущий автор работы, учёный NSF NCAR Кристен Крумхардт.

Детали нового набора данных, свободно доступного для научного сообщества, опубликованы в журнале Progress in Oceanography. Работа выполнялась на суперкомпьютерах Cheyenne и Frontera.

Удивительная модель

Условия в атмосфере значительно влияют на океан. Например, океан поглощает около 25% ежегодных антропогенных выбросов CO₂ и 90% связанного с этими выбросами атмосферного тепла. Однако симуляции, создаваемые моделями земной системы, обычно не дают данных об океане, которые можно легко перевести в полезную информацию о рыболовстве.

Отчасти это связано с тем, что модели океана часто работают с низким разрешением (около 100 км между точками сетки), что не позволяет уловить важные для морской жизни вихри и мелкомасштабные особенности. Кроме того, по умолчанию модели океана не симулируют биогеохимию — смесь биологии, химии и геологии, описывающую сложный цикл элементов через океан, горные породы и живые организмы.

Моделирование океанической биогеохимии позволяет учёным рассчитывать чистую первичную продукцию океана — его способность превращать углерод и неорганические питательные вещества (строительные блоки жизни) в фитопланктон под действием солнечного света. Эта информация критически важна для понимания рыболовства.

Для нового исследования учёные использовали модель CESM2 (Community Earth System Model, version 2) от NSF NCAR, чтобы смоделировать океан с разрешением в 100 раз выше обычного, за период с 1958 по 2021 год. Атмосферные условия были заданы в соответствии с историческими данными, после чего океанический компонент модели реагировал самостоятельно.

В работу была включена обновлённая биогеохимическая модель MARBL (Marine Biogeochemistry Library). MARBL позволяет моделировать рост четырёх видов фитопланктона, а также двух классов зоопланктона. Это разделение важно, потому что рыбы питаются только более крупным классом зоопланктона.

Имея подробные данные о том, как климат влияет на условия в океане, включая рост фитопланктона и выедание его зоопланктоном, исследователи получили информацию для питания отдельной модели рыболовства — FEISTY (Fisheries Size and Functional Type model). Эта модель была первоначально разработана в Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL), совместной программе Принстонского университета и NOAA.

"Для меня это удивительная модель, — сказала Крумхардт. — Рыбы могут расти от одного размера к следующему, и, достигнув максимального размера, они могут размножаться, как в реальной жизни".

Модель FEISTY классифицирует рыб по месту обитания: донные рыбы (demersal), которые питаются на морском дне, и пелагические рыбы (pelagic), живущие в верхней части водной толщи. Пелагические рыбы дополнительно делятся на мелких кормовых рыб, таких как анчоусы, и более крупных, таких как тунец. В результате получился инструмент, который позволил команде получить детальное представление о том, как изменения в атмосфере за десятилетия, вероятно, повлияли на рыбные сообщества.

"Мы реконструировали, что происходило бы в океане при заданных атмосферных условиях, — сказала Крумхардт. — Мы смогли проверить результаты несколькими способами, включая анализ спутниковых снимков, дающих информацию о цветении фитопланктона, и изучение записей об уловах рыбы с течением времени".

Полученный набор данных может быть использован для ответа на широкий круг вопросов, включая изучение того, как морские тепловые волны, закисление океана и изменения морского льда могли повлиять на рыболовство в прошлом. Он позволит лучше охарактеризовать связи между климатом и состоянием рыбных запасов и, в конечном итоге, заложить основу для прогнозирования того, как рыболовство, вероятно, будет развиваться в более тёплом будущем.