Spatial differences in dissolved silicon utilisation in Lake Baikal, Siberia: examining the impact of high diatom biomass events and eutrophication

Recent research has highlighted how Lake Baikal, Siberia, has responded to the direct and indirect effects of climate change (e.g., ice-cover duration), nutrient loading, and pollution, manifesting as changes in phytoplankton/zooplankton populations, community structure, and seasonal succession. Here, we combine and compare= analyses of chlorophyll a (an estimate of total algal biomass), carotenoid pigments (biomarkers of algal groups), and lake water silicon isotope geochemistry (d30SiDSi) to differentiate spatial patterns in dissolved silicon (DSi) uptake at Lake Baikal. A total of 15 sites across the three basins (south, central, and north) of Lake Baikal were sampled in August 2013 along a depth gradient of 0–180 m. Strong, significant correlations were found between vertical profiles of photic zone DSi concentrations and d30SiDSi compositions (r 5 20.81, p < 0.001), although these are strongest in the central basin aphotic zone (r 5 20.98, p < 0.001). Data refute the hypothesis of DSi uptake by picocyanobacteria. Algal biomass profiles and high surface d30SiDSi compositions suggest greater productivity in the south basin and more oligotrophic conditions in the north basin. d30SiDSi signatures are highest at depth (20 m) in central basin sites, indicating greater (10–40%) DSi utilization at deep chlorophyll maxima. DSi limitation occurs in the pelagic central basin, probably reflecting a high diatom biomass bloom event (Aulacoseira baicalensis). Meanwhile in the more hydrologically restricted, shallow Maloe More region (central basin), both high d30SiDSi compositions and picocyanobacteria (zeaxanthin) concentrations, respectively point to the legacy of an “Aulacoseira bloom year” and continuous nutrient supply in summer months (e.g., localized eutrophication)

Sinking properties of some phytoplankton shapes and the relation of form resistance to morphological diversity of plankton – an experimental study

Form resistance (Phi) is a dimensionless number expressing how much slower or faster a particle of any form sinks in a fluid medium than the sphere of equivalent volume. Form resistance factors of PVC models of phytoplankton sinking in glycerin were measured in a large aquarium (0.6 x 0.6 x 0.95 m). For cylindrical forms, a positive relationship was found between Phi and length/ width ratio. Coiling decreased Phi in filamentous forms. Form resistance of Asterionella colonies increased from single cells up to 6-celled colonies than remained nearly constant. For Fragilaria crotonensis chains, no such upper limit to Phi was observed in chains of up to 20 cells ( longer ones were not measured). The effect of symmetry on Phi was tested in 1 - 6-celled Asterionella colonies, having variable angles between the cells, and in Tetrastrum staurogeniaeforme coenobia, having different spine arrangements. In all cases, symmetric forms had considerably higher form resistance than asymmetric ones. However, for Pediastrum coenobia with symmetric/asymmetric fenestration, no difference was observed with respect to symmetry. Increasing number and length of spines on Tetrastrum coenobia substantially increased Phi. For a series of Staurastrum forms, a significant positive correlation was found between arm-length/cell-width ratio and Phi: protuberances increased form resistance. Flagellates (Rhodomonas, Gymnodinium) had a Phi 1. The highest value ( Phi = 8.1) was established for a 20-celled Fragilaria crotonensis chain. Possible origin of the so-called 'vital component' ( a factor that shows how much slower viable populations sink than morphologically similar senescent or dead ones) is discussed, as is the role of form resistance in evolution of high diversity of plankton morphologies

Modeling the Interaction of the Regions of Russia and the Republic of Belarus in the Sphere of the Processing Industry

In connection with the processes of the formation of the Union State of Russia and Belarus, the relevance of conducting a study of economic, infrastructural and institutional factors affecting the change in the level of economic interaction between the regions of the Russian Federation and the Republic of Belarus is increasing. The aim of the work is to carry out spatial modeling of the possible interaction of the regions of the Russian Federation and the Republic of Belarus in the manufacturing industry and to assess the factors affecting this interaction. The main hypothesis of the study is the assumption that the elements of the matrix of interregional interactions are proxy variables that characterize the degree of this interaction. At the first stage, the spatial distribution of the volume of output in the manufacturing sector of the regions of the two countries is investigated in order to assess possibilities of interaction between the regions in this sector. In modeling, the Republic of Belarus is considered as a separate region within the Union State. Calculations of the global and local Moran’s indices have been carried out and possible spatial autocorrelations have been determined, both between the regions of the Russian Federation and between the regions of these two countries. In this study, economic indicators calculated on the basis of inverse values of the difference in interregional gross regional products were selected as elements of the weight matrix. At the second stage, the influence of economic, infrastructural and institutional factors on the indicator characterizing the degree of possible interaction of the regions of the two countries in the manufacturing industry was studied. Using quantile regression, the influence of economic, infrastructural and institutional factors on this investigated indicator was studied. The use of this approach makes it possible to substantiate the priority directions of economic development of the territories within the framework of the Union State and, in particular, to search for centers of attraction of resources and spheres of their influence on the territory. The results of the work can be used in preparation of strategies, programs and schemes for the placement and development of industries, taking into account the potential of a new level of integration of the economies of Russia and Belarus.В связи с процессами формирования Союзного государства возрастает актуальность проведения исследования экономических, инфраструктурных и институциональных факторов, влияющих на изменение уровня экономического взаимодействия субъектов Российской Федерации и Республики Беларусь. Целью работы является проведение пространственного моделирования возможного взаимодействия регионов Российской Федерации и Республики Беларусь в сфере обрабатывающей промышленности и оценке факторов, влияющих на это взаимодействие. Основной гипотезой исследования является предположение о том, что элементы матрицы межрегиональных взаимовлияний являются прокси-переменными, характеризующими степень этого взаимовлияния. На первом этапе исследуется пространственное распределение объема выпуска в секторе обрабатывающей промышленности регионов указанных стран с целью оценки возможностей взаимодействия этих регионов в данном секторе экономики. При моделировании Республика Беларусь рассматривается как отдельный регион в рамках Союзного государства. Проведены расчеты глобального и локального индексов Морана и определены возможные пространственные автокорреляции как между субъектами Российской Федерации, так и между регионами указанных стран. В проводимом исследовании в качестве элементов весовой матрицы выбраны экономические показатели, рассчитанные на основе обратных значений разницы межрегиональных валовых региональных продуктов. На втором этапе изучено влияние экономических, инфраструктурных и институциональных факторов на показатель, характеризующий степень возможного взаимодействия регионов указанных стран в сфере обрабатывающей промышленности. С помощью квантильной регрессии изучено влияние экономических, инфраструктурных и институциональных факторов на этот исследуемый показатель. Использование данного подхода позволяет обосновать приоритетные направления экономического развития территорий в рамках Союзного государства, в частности осуществить поиск центров притяжения ресурсов и сфер их влияния на территории. Результаты работы могут быть использованы при подготовке стратегий, программ и схем размещения и развития отраслей с учетом потенциала нового уровня интеграции экономик России и Белоруссии.В связи с процессами формирования Союзного государства возрастает актуальность проведения исследования экономических, инфраструктурных и институциональных факторов, влияющих на изменение уровня экономического взаимодействия субъектов Российской Федерации и Республики Беларусь. Целью работы является проведение пространственного моделирования возможного взаимодействия регионов Российской Федерации и Республики Беларусь в сфере обрабатывающей промышленности и оценке факторов, влияющих на это взаимодействие. Основной гипотезой исследования является предположение о том, что элементы матрицы межрегиональных взаимовлияний являются прокси-переменными, характеризующими степень этого взаимовлияния. На первом этапе исследуется пространственное распределение объема выпуска в секторе обрабатывающей промышленности регионов указанных стран с целью оценки возможностей взаимодействия этих регионов в данном секторе экономики. При моделировании Республика Беларусь рассматривается как отдельный регион в рамках Союзного государства. Проведены расчеты глобального и локального индексов Морана и определены возможные пространственные автокорреляции как между субъектами Российской Федерации, так и между регионами указанных стран. В проводимом исследовании в качестве элементов весовой матрицы выбраны экономические показатели, рассчитанные на основе обратных значений разницы межрегиональных валовых региональных продуктов. На втором этапе изучено влияние экономических, инфраструктурных и институциональных факторов на показатель, характеризующий степень возможного взаимодействия регионов указанных стран в сфере обрабатывающей промышленности. С помощью квантильной регрессии изучено влияние экономических, инфраструктурных и институциональных факторов на этот исследуемый показатель. Использование данного подхода позволяет обосновать приоритетные направления экономического развития территорий в рамках Союзного государства, в частности осуществить поиск центров притяжения ресурсов и сфер их влияния на территории. Результаты работы могут быть использованы при подготовке стратегий, программ и схем размещения и развития отраслей с учетом потенциала нового уровня интеграции экономик России и Белоруссии.The study was supported by the RFBR grant 20-510-0002 (Bel_a) «Tools for assessing the interaction of the regions of Russia and Belarus in industrial and technological development and substantiating its priorities in the context of deepening integration processes and global challenges».Исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ 20-510-0002 (Бел_а) «Инструментарий оценки в заимодействия регионов России и Беларуси в промышленно-технологическом развитии и обоснования его приоритетов в условиях углубления интеграционных процессов и глобальных вызовов»

Assessment of Energy Supply to the Yamal Peninsula Based on Fuzzy Multicriteria Analysis

Важнейшим условием полноценного вовлечения вновь осваиваемой территории является обеспечение ее полезной энергией. Для территорий нового освоения, таких как полуостров Ямал, существуют различные энергетические альтернативы. В настоящей статье на основе известных базовых подходов разработана процедура формализации анализа альтернатив на основе преимущественно качественной исходной информации. На предпроектной стадии приходится действовать в условиях ограниченной и нечеткой информации, сконцентрированной в основном в экспертном опыте. Для решения задачи отобраны шесть критериев для экспертных оценок. Их обработка проведена с использованием нечетких моделей многокритериального выбора на основе нечеткого многокритериального анализа вариантов, позволяющих формализовать логические рассуждения с расплывчатыми или неточными утверждениями. Поскольку в таких условиях отсутствует достаточный для конструирования нечетких множеств набор измеримых свойств, успешно выполнена формализация лингвистических оценок интуитивных или логических попарных сравнений с использованием схемы Беллмана - Заде, шкалы Саати и построения функций принадлежности. Искомое нечеткое множество получено нахождением собственного вектора и наибольшего собственного числа для матрицы попарных сравнений. Логика выбора варианта строится по максиминному критерию, дополненному методом матрицы уступок, позволяющим различить альтернативы при получении одинаковых или близких их оценок. В результате исследования выявлена приоритетность диверсификации первичных энергоносителей для обеспечения полезной энергией потребителей Ямала. Таким диверсифицирующим выбором энергоисточника, согласно проведенному модельному эксперименту, оказалось предпочтение атомной энергии. На втором месте по предпочтительности - газотурбинные технологии, существенно опережающие ветроэнергетические источники. Замыкают ряд по предпочтительности дизель-генераторные установки. Таким образом, результаты моделирования в нечеткой среде хорошо корреспондируются с объясняющими факторами выбора. Включение метода нечетких множеств с преобразованием лингвистических оценок в количественные в модельно-методический аппарат многокритериального выбора возможно и в отношении комбинированных вариантов. Результаты работы могут быть использованы при подготовке комплексных стратегий и схем размещения отрасли специализации и ее энергетической инфраструктуры для удаленных арктических территорий.Provision of useful energy is the most important condition for realising the potential of underdeveloped regions. For new development areas, including the Yamal Peninsula, there are various energy alternatives. Based on well-known basic approaches, the article presents a procedure for formalising the analysis of alternatives mostly using qualitative initial data. At the pre-project stage, only limited and fuzzy information (predominantly in the form of expert opinions) is accessible. To achieve the set goal, six criteria for export assessment were selected and further processed using fuzzy multicriteria decision-making models based on fuzzy multicriteria analysis of alternatives in order to formalise logical reasoning with vague or imprecise statements. Due to insufficient measurements for constructing fuzzy sets, linguistic estimates of intuitive or logical pairwise comparisons were formalised using the Bellman-Zadeh model, the Saaty scale and the construction of membership functions. The fuzzy set was obtained by finding the eigenvector and the largest eigenvalue for the pairwise comparison matrix. Implementation of the maximin criterion along with the concession matrix allowed us to distinguish between alternatives when obtaining the same or similar estimates. As a result, the study showed the priority of diversification of primary energy source to provide useful energy to consumers in Yamal. According to the model, the most preferable source is atomic energy. In second place are gas turbine technologies, which are significantly ahead of wind energy sources. Diesel generators are considered the least favourable. Thus, the results of fuzzy modelling correspond with the explanatory factors of choice. The fuzzy set method with the transformation of linguistic estimates into quantitative ones can also be included in the apparatus of multicriteria selection with respect to combined options. The research findings can be used to prepare comprehensive strategies and schemes for location of industries and the energy infrastructure in remote Arctic territories.Работа выполнена соответствии с планом научных исследований Института экономики УрО РАН на 2022 год.The article has been prepared in accordance with the plan of the Institute of Economics of the Ural Branch of RAS for 2022

Siliceous microfossil distribution in the surficial sediments of Lake Baikal

Examination of surficial sediments at 16 stations shows minor, but consistent differences in the numbers and kinds of siliceous microfossils deposited in different regions of Lake Baikal. There is a general north-south decreasing trend in total microfossil abundance on a weight basis. Endemic plankton diatom species are the most abundant component of assemblages at all stations. Chrysophyte cysts are present at all stations, but most forms are more abundant at northern stations. Non-endemic plankton diatom species are most abundant at southern stations. Small numbers of benthic diatoms and sponge spicules are found in all samples. Although low numbers are present in offshore sediments, the benthic diatom flora is very diverse. Principal components analysis confirms primary north-south abundance trends and suggests further differentiation by station location and depth.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43071/1/10933_2004_Article_BF00682594.pd

Modelling the Heterogeneity of the Mutual Influence between Russian Regions in the Manufacturing Industry

Важным аспектом эффективного экономического развития регионов является анализ факторов, влияющих на межрегиональные взаимодействия. В связи с этим приобретает актуальность разработка инструментария оценки этого влияния. В статье предложены методологический подход и оригинальный инструментарий для исследования факторов, влияющих на возможные межрегиональные взаимодействия Свердловской области с остальными субъектами Российской Федерации в сфере обрабатывающей промышленности. Основной гипотезой исследования является предположение, что элементы матрицы межрегиональных взаимовлияний являются прокси-переменными, характеризующими степень этого взаимовлияния. Обоснованность данной гипотезы подтверждена соответствующим экономическим анализом наличия взаимосвязей и производственных цепочек между Свердловской областью и регионами РФ. На первом этапе исследуется пространственное распределение объема выпуска в секторе обрабатывающей промышленности Свердловской области и остальных регионов РФ с целью определения значений показателя силы взаимовлияния отдельных территорий в сфере обрабатывающей промышленности. На втором этапе с помощью квантильной регрессии изучено влияние экономических, инфраструктурных и институциональных факторов на показатель, полученный на первом этапе, характеризующий степень возможного взаимодействия Свердловской области и остальных регионов РФ в сфере обрабатывающей промышленности. В статье доказывается правомерность применения инструментария квантильной регрессии, так как классическая регрессия МНК дает некорректные оценки зависимостей между исследуемыми переменными. Это выражается в том, что коэффициенты регрессии зависят от уровня q-квантиля зависимой переменной. Выявлено, что уровень цен в регионах не оказывает влияния на их возможное взаимодействие со Свердловской областью. Также следует отметить, что распространение знаний является драйвером взаимодействия регионов в сфере обрабатывающей промышленности. Результаты работы могут быть использованы при подготовке стратегий, программ и схем размещения и развития отраслей с учетом потенциала развития Свердловской области с остальными субъектами РФ.As factors affecting interregional interactions play an important role in regional economic development. Thus, developing a methodology for assessing these interactions is becoming urgent. The article proposes a methodological approach to analyse the factors influencing possible interactions between Sverdlovsk oblast and other constituent entities of the Russian Federation in the manufacturing industry. It is hypothesised that the elements of an interregional interaction matrix are proxy variables characterising the degree of this interaction. An economic analysis of relations and production chains between Sverdlovsk oblast and other constituent entitles confirmed this hypothesis. First, based on the spatial distribution of manufacturing output in the examined regions, values of an indicator showing the strength of their mutual influence were determined. Second, the impact of economic, infrastructural and institutional factors on the obtained indicator, characterising the interaction between Sverdlovsk oblast and other regions, was assessed using quantile regression. In this case, such a technique was chosen instead of the classical ordinary least squares (OLS) regression that incorrectly estimates the dependencies between the studied variables. This is expressed in the fact that the regression coefficients depend on q-quantile of the dependent variable. We have revealed that price levels of the examined regions do not affect their possible interactions with Sverdlovsk oblast. Simultaneously, the dissemination of knowledge acts a driver of interaction between the considered regional manufacturing industries. The research findings can be used to prepare strategies, programmes and schemes for the placement and development of industries, considering the potential of Sverdlovsk oblast and other Russian regions.Статья подготовлена в соответствии с утвержденным планом НИР Института экономики УрО РАН.The article has been prepared in accordance with the plan of Institute of Economics of the Ural Branch of RAS for 2021–2023

The “Melosira years” of Lake Baikal: Winter environmental conditions at ice onset predict under‐ice algal blooms in spring

Winter primary production in seasonally ice‐covered lakes historically has not been well studied, but it is increasingly recognized as an important component of lake metabolism. Lake Baikal in Siberia is not only the World's oldest, deepest, and most biologically diverse lake, but also where large under‐ice blooms of the diatom Aulacoseira baicalensis (formerly Melosira) occur in some years. The phenomenon of “Melosira years” is noteworthy both for the intensity of the diatom blooms, in which total under‐ice production can be a majority of total annual production, and for the enigmatic regularity of their occurrence every 3–4 yr. The degree to which these episodic blooms might be controlled by external forcing and endogenous lake processes has been debated for decades. We used a 50‐yr time series of phytoplankton observations to statistically model the occurrence of Aulacoseira blooms as a function of meteorological and climatological predictor variables. The results support the hypothesis that a confluence of meteorological conditions in the preceding fall season, which favor clear ice formation with minimal snow cover, also favor Aulacoseira blooms in the following spring. Further, we observe that this confluence of factors is related to relatively strong states of the Siberian High which, while not strictly periodic, do explain a significant fraction of the interannual bloom pattern. Finally, our analyses show that the timing of the peak abundance of A. baicalensis shifted 1.6 months later across the 50‐yr time series, corresponding with the delay in ice‐on timing that has been associated with climate change