Application of statistical data analysis methods for zoning the kara sea waters

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The Kara Sea has been systematically studied since the beginning of the 20th century. Large amounts of data have been accumulated as a result of both national and international expeditions. Many publications have been devoted to the Kara Sea area zoning in the light of geomorphological, biological, oceanographic aspects of its nature. This paper presents the results of statistical analysis of combination of hydrophysical and hydrochemical data. On its basis, seven regions of the Kara Sea were identified, and for each region the main characteristics are presented and the factors determining them are highlighted. The results can be used to reconstruct the seasonal course of hydrophysical and hydrochemical parameters, as well as to analyze their interannual variability in different areas of the sea in order to study the response to climatic changes.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. V. Stepanova

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Email: s.stepanova87@gmail.com
Russian Federation, Moscow

K. K. Kivva

Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography

Email: s.stepanova87@gmail.com
Russian Federation, Moscow

A. A. Polukhin

Shirshov Institute of Oceanology RAS

Author for correspondence.
Email: s.stepanova87@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

  1. Вайновский П.А., Малинин В.Н. Методы обработки и анализа океанологической информации. Многомерный анализ. СПб: Изд. РГГМИ, 1992. 96 c.
  2. Гусарова А.Н., Чернякова А.М., Вакуленко Н.В. Об основах создания банка гидрохимических данных // Экологические системы и приборы. 2000. № 10. С. 34–37.
  3. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М.: Изд-во МГУ, 1982. 192 с.
  4. Иванов В.В., Русанов В.П., Гордин О.И., Осипова И.В. Межгодовая изменчивость распространения речных вод в Карском море // Труды ААНИИ. 1984. Т. 368. С. 74–81.
  5. Зацепин А.Г., Завьялов П.О., Кременецкий В.В. и др. Поверхностный опресненный слой вод в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50. № 5. С. 698–708.
  6. Зацепин А.Г., Поярков С.Г., Кременецкий В.В. и др. Гидрофизические характеристики глубоководных желобов западной части Карского моря // Океанология. 2015. Т. 55. № 4. С. 526–539.
  7. Кивва К.К. Выделение экологических районов в Беринговом море на основе океанологических данных // Труды ВНИРО. 2016. Т. 164. С. 62–74.
  8. Краскэл Дж.Б. Многомерное шкалирование и другие методы поиска структуры // Статистические методы для ЭВМ / Под ред. К. Энслейна, Э. Рэлстона, Г.С. Уилфа. М.: Наука, 1986. С. 301–347.
  9. Маккавеев П.Н., Полухин А.А., Щука С.А., Степанова С.В. Перенос материковых вод через пролив Вилькицкого в сентябре 2017 и 2018 гг. // Океанология. 2020. Т. 60. № 3. С. 355–363.
  10. Мирошников А.Ю., Бадюков Д.Д., Флинт М.В. и др. Рельеф дна Карского моря и сорбционные свойства осадков как факторы аккумуляции загрязнений // Океанология. 2021. Т. 61. № 5. С. 809–821. https://doi.org/10.31857/S0030157421050087
  11. Пивоваров С.В. Химическая океанография арктических морей. СПб: Гидрометеоиздат, 2000. 88 c.
  12. Русанов В.П., Яковлев Н.И., Буйневич А.Г. Гидрохимический режим Северного Ледовитого океана // Труды ААНИИ. 1979. Т. 355. 144 с.
  13. Савельева Н.И., Добротина Е.Д., Кузьмин С.Б. и др. Изменчивость гидрохимических характеристик поверхностных вод пролива Шокальского по результатам наблюдений на научно-исследовательском стационаре “Ледовая база Мыс Баранова” в 2018–2019 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2021. Т. 67. № 1. С. 10–27. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-10-27
  14. Экологический Атлас. Карское море / В.О. Мокиевский, А.Б. Цетлин, Л.А. Сергиенко [и др.]; ООО “Арктический Научный Центр”. М.: ООО “Арктический Научный Центр”, 2016. 272 с. (Атласы морей Российской Арктики). ISBN 978-5-9908796-0-7. EDN ZUNIHV.
  15. Boyer T.P., Baranova O.K., Coleman С., Garcia H.E., Grodsky A., Locarnini R.A., Mishonov A.V., Paver C.R., Reagan J.R., Seidov D., Smolyar I.V., Weathers K.W., Zweng M.M. . World Ocean Database 2018. A.V. Mishonov, Technical Ed., NOAA Atlas NESDIS87. 2018.
  16. Clarke K.R. Non-parametric multivariate analyses of changes in community structure // Australian Journal of Ecology. 1993. V. 18 (1). P. 117–143.
  17. Galimov E.M., Kodina L.A., Stepanets O.V., Korobeinik G.S. Biogeochemistry of the Russian Arctic. Kara Sea: Research Results under the SIRRO Project, 1995–2003 // Geochemistry International. 2006. V. 44. P. 1053–1104.
  18. Gordeev V.V., Martin J.M., Sidorov I.S., Sidorova M.V. A reassessment of the Eurasian river input of water, sediment, major elements, and nutrients to the Arctic Ocean // American Journal of Science. 1996. V. 296(6). P. 664–691.
  19. Nedospasov A.A., Shchuka S.A., Shchuka A.S. Modern high-resolution digital elevation model of the Kara Sea bottom // Oceanology. 2023. V. 63 (Suppl. 1). P. 111–118. https://doi.org/10.1134/S0001437023070111
  20. Osadchiev A.A., Frey D.I., Shchuka S.A. et al. Structure of the freshened surface layer in the Kara Sea during ice-free periods // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2021. V. 126(1), e2020JC016486.
  21. Pavlov V.K., Pfirman S.L. Hydrographic structure and variability of the Kara Sea: Implications for pollutant distribution // Deep Sea Res. Pt. II. 1995. V. 42. № 6. P. 1369–1390.
  22. Polukhin A. The role of river runoff in the Kara Sea surface layer acidification and carbonate system changes // Environmental Research Letters. 2019. V. 14(10), 105007.
  23. Ward J.H. Hierarchical grouping to optimize an objective function // Journal of the American Statistical Association. 1963. V. 58(301). P. 236–244. https://doi.org/10.1080/01621459.1963.10500845
  24. Weiss R.F. The solubility of nitrogen, oxygen and argon in water and seawater // Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts. 1970. V. 17. № 4. P. 721–735.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Layout of stations: on the left are stations from the expeditions of the Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences, on the right are stations from other sources.

Download (916KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Data availability: number of years with measurements of temperature, salinity, dissolved oxygen, AOU and dissolved mineral phosphorus in August – September by “squares”.

Download (918KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Zoning of the Kara Sea (top) and dendrograms (bottom) based on the results of cluster analysis: (a) for horizons of 1, 10 m (S, T, O2, AOU and PO4) and 25 m (S, T, O2); (b) for horizons of 1, 10 (S, T, O2, AOU and PO4) and 50 m (T and O2).

Download (835KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. nMDS diagrams (top) and ANOSIM algorithm results (bottom): a) for the 1, 10 m (S, T, O2, AOU and PO4) and 25 m (S, T, O2) horizons and b) for the 1, 10 (S, T, O2, AOU and PO4) and 50 m (T and O2) horizons. In the nMDS diagrams, dimensionless quantities are plotted along the axes. The ANOSIM algorithm results provide R values ​​for the group as a whole and for each pair of groups in the form of a matrix; the p value was less than 0.005 in all cases.

Download (717KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Zoning of the Kara Sea based on the results of cluster analysis. The following regions are shown in numbers: 1 – St. Anna Trough region; 2 – North-Novozemelsky; 3 – South-West; 4 – North; 5 – East; 6 – Estuary; 7 – Central.

Download (569KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».