hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1061Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSМожно ли применять к Балтийскому морю известные модели оптических свойств воды?ЛевинИ. М.LevinI.ocopt@yandex.ruДарецкийМ.DareckiM.

Сопот

СаганС.SaganS.

Сопот

КовальчукП.KowalczukP.

Сопот

ЗдунА.ZdunA.

Сопот

РадомысльскаяТ. М.RadomyslskayaT.РодионовМ. А.RodionovM.Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П.Ширшова РАНРоссияИнститут океанологии ПАНПольша201228112022548087Copyright © Левин И.М., Дарецкий М., Саган С., Ковальчук П., Здун А., Радомысльская Т.М., Родионов М.А., 20222022Левин И.М., Дарецкий М., Саган С., Ковальчук П., Здун А., Радомысльская Т.М., Родионов М.А.Levin I., Darecki M., Sagan S., Kowalczuk P., Zdun A., Radomyslskaya T., Rodionov M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1061

Проанализирована возможность применения к Балтийскому морю известных оптических моделей природных вод. С использованием большой базы данных по измеренным оптическим характеристикам воды в Балтийском море установлено, что полученные ранее для океанской воды соотношения между показателями рассеяния, ослабления и обратного рассеяния на длине волны 550 нм справедливы и для Балтики. В то же время соотношения, связывающие показатели поглощения и рассеяния хлорофилла, и показатели поглощения растворенного органического вещества с концентрацией хлорофилла не применимы в оптически сложном бассейне Балтийского моря.

Commonly used optical models of natural waters have been analyzed in the context of their applicability in the Baltic Sea. By use of a large data set collected at the Baltic, we found that published before relationships between scattering, attenuation and backscattering coefficients at wavelength 550 nm in ocean waters are valid for Baltic as well. When the same data were used for validation of the relationships connecting absorption and scattering coefficients of the chlorophyll and absorption coefficients of Colored Dissolved Organic Matter (CDOM) with chlorophyll concentration, the result shows a large discrepancy, disqualifying them in the complicated environment of the Baltic Sea. 

первичные гидрооптические характеристикифитопланктонжелтое веществоinherent optical propertiesphytoplanktonyellow substanceРабота поддержана РФФИ, проект 10-05-00311.ReferencesКопелевич О.В. Оптические свойства морской воды // Оптика океана. Т.1. М.: Наука, 1983. С.150–234.Копелевич О.В. Оптические свойства морской воды // Оптика океана. Т.1. М.: Наука, 1983. С.150–234.Sathyendranath S., Prieur L., Morel A. A three-component model of ocean colour and its application to remote sensing of phytoplankton pigments in coastal waters // Intern. J. of Rem. Sensing. 1989. V.10. P.1373–1394.Sathyendranath S., Prieur L., Morel A. A three-component model of ocean colour and its application to remote sensing of phytoplankton pigments in coastal waters // Intern. J. of Rem. Sensing. 1989. V.10. P.1373–1394.Morel A., Loisel H. Apparent optical properties of oceanic water: dependence on the molecular scattering contribution// Applied Optics. 1998. V.37, N 21. P.4765–4776.Morel A., Loisel H. Apparent optical properties of oceanic water: dependence on the molecular scattering contribution// Applied Optics. 1998. V.37, N 21. P.4765–4776.Kopelevich O.V. The current low-parametric models of seawater optical properties// Proc. 1th International Conf. «Current Problems in Optics of Natural Waters». St.Petersburg, 2001. Р.18–23.Kopelevich O.V. The current low-parametric models of seawater optical properties// Proc. 1th International Conf. «Current Problems in Optics of Natural Waters». St.Petersburg, 2001. Р.18–23.Bricaud A., Morel A., Babin M., Allaly K., Claustre H. Variation of light absorption by suspended particles with chlorophyll a concentration in oceanic (case 1) waters: analysis and implications for bio-optical models // J. Geophys. Res. 1998. V.103, N C13. P.31,033–31,044.Bricaud A., Morel A., Babin M., Allaly K., Claustre H. Variation of light absorption by suspended particles with chlorophyll a concentration in oceanic (case 1) waters: analysis and implications for bio-optical models // J. Geophys. Res. 1998. V.103, N C13. P.31,033–31,044.Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. Geophys. Res. 1995. V.100, N C7. P.13,321– 13,332.Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. Geophys. Res. 1995. V.100, N C7. P.13,321– 13,332.Morel A., Maritorena S. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal // J. Geophys. Res. 2001. V.106, N C4. P.7163–7180.Morel A., Maritorena S. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal // J. Geophys. Res. 2001. V.106, N C4. P.7163–7180.Loisel H., Morel A. Light scattering and chlorophyll concentration in case 1 waters: a reexamination // Limnology and Oceanography. 1998. V.43, N 5. P.847–858.Loisel H., Morel A. Light scattering and chlorophyll concentration in case 1 waters: a reexamination // Limnology and Oceanography. 1998. V.43, N 5. P.847–858.Morel A., Antoine D., Gentili B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Applied Optics. 2002. V.41, N 30. P.6289–6306.Morel A., Antoine D., Gentili B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Applied Optics. 2002. V.41, N 30. P.6289–6306.Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Applied Optics. 1997. V.36, N 33. P.8710–8723.Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Applied Optics. 1997. V.36, N 33. P.8710–8723.Morel A. Are the empirical relationships describing the bio-optical properties of case 1 waters consistent and internally compatible? // J. Geophys. Res. 2009. V.114, N C01016. doi: 10.1029/2008JC004803.Morel A. Are the empirical relationships describing the bio-optical properties of case 1 waters consistent and internally compatible? // J. Geophys. Res. 2009. V.114, N C01016. doi: 10.1029/2008JC004803.Haltrin V. Chlorophyll-based model on seawater optical properties // Appl.Optics. 1999. V.38, N 33. P.6826– 6832.Haltrin V. Chlorophyll-based model on seawater optical properties // Appl.Optics. 1999. V.38, N 33. P.6826– 6832.Левин И.М., Левина Е.И., Гильберт Г.Д., Стюарт С.Ю. Оптимальный алгоритм дистанционного определения оптически активных веществ в океане с помощью многоканального спектрометра // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. T.41, № 5. C.693–701.Левин И.М., Левина Е.И., Гильберт Г.Д., Стюарт С.Ю. Оптимальный алгоритм дистанционного определения оптически активных веществ в океане с помощью многоканального спектрометра // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. T.41, № 5. C.693–701.Levin I., Levina E., Gilbert G., Stewart S. Role of sensor noise in hyperspectral remote sensing of natural waters: Application to retrieval of phytoplankton pigments // Remote Sensing of Environment. 2005. V.95, N 2. P.264–271.Levin I., Levina E., Gilbert G., Stewart S. Role of sensor noise in hyperspectral remote sensing of natural waters: Application to retrieval of phytoplankton pigments // Remote Sensing of Environment. 2005. V.95, N 2. P.264–271.Levin I.M., Levina E.I. Effect of atmospheric interference and sensor noise in retrieval of optically active materials in the ocean by hyperspectral remote sensing // Applied Optics. 2007. V.46, N 28. P.6896–6906.Levin I.M., Levina E.I. Effect of atmospheric interference and sensor noise in retrieval of optically active materials in the ocean by hyperspectral remote sensing // Applied Optics. 2007. V.46, N 28. P.6896–6906.Левин И.М., Копелевич О.В. Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в области спектра около 550 нм // Океанология. 2007. Т.47, № 3. С.344–348.Левин И.М., Копелевич О.В. Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в области спектра около 550 нм // Океанология. 2007. Т.47, № 3. С.344–348.Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A. Theory of imaging through wavy sea surface. Nizhniy Novgorod: Institute of Applied Physics, 2006. 171 p.Dolin L., Gilbert G., Levin I., Luchinin A. Theory of imaging through wavy sea surface. Nizhniy Novgorod: Institute of Applied Physics, 2006. 171 p.Kowalczuk P. Seasonal variability of yellow substance absorption in the surface layer of the Baltic sea // J. Geophys. Res. 1999. V.104, N C12. P.30,047–30,058.Kowalczuk P. Seasonal variability of yellow substance absorption in the surface layer of the Baltic sea // J. Geophys. Res. 1999. V.104, N C12. P.30,047–30,058.Kowalczuk P., Olszewski J., Darecki M., Kaczmarek S. Empirical relationships between coloured dissolved organic matter and apparent optical properties in Baltic Sea waters // Intern. J. of Rem. Sensing. 2005. V.26, N 2. P.345–370.Kowalczuk P., Olszewski J., Darecki M., Kaczmarek S. Empirical relationships between coloured dissolved organic matter and apparent optical properties in Baltic Sea waters // Intern. J. of Rem. Sensing. 2005. V.26, N 2. P.345–370.Zaneveld J.R.V., Kitchen J.C., Moore C. The scattering error correction of reflecting-tube absorption meters // Ocean Optics XII (Jaffe, J.S., Ed.), Proc. SPIE. 1994. V.2258. P.44–55.Zaneveld J.R.V., Kitchen J.C., Moore C. The scattering error correction of reflecting-tube absorption meters // Ocean Optics XII (Jaffe, J.S., Ed.), Proc. SPIE. 1994. V.2258. P.44–55.Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200-800 nm) // Appl.Opt. 1981. V.20, N 2. P.177–184.Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200-800 nm) // Appl.Opt. 1981. V.20, N 2. P.177–184.Козлянинов М.В. Руководство по гидрооптическим измерениям в море // Тр. ИОАН. 1961. Т.47. С.37– 79.Козлянинов М.В. Руководство по гидрооптическим измерениям в море // Тр. ИОАН. 1961. Т.47. С.37– 79.Копелевич О.В., Maштаков Ю.Л., Русанов С.Ю. Аппаратура и методика исследования оптических свойств морской воды // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. 1974. М.: Наука. С.97–107.Копелевич О.В., Maштаков Ю.Л., Русанов С.Ю. Аппаратура и методика исследования оптических свойств морской воды // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. 1974. М.: Наука. С.97–107.Petzold T.J. Volume scattering function for selected ocean waters. San Diego: Scripps Inst. of Oceanography, 1972. 79 p.Petzold T.J. Volume scattering function for selected ocean waters. San Diego: Scripps Inst. of Oceanography, 1972. 79 p.Gould R.W., Arnone R.A., Martinolich P.M. Spectral dependence of the scattering coefficient in case 1 and 2 waters // Appl. Opt. 1999. V.38, N 12. Р.2377–2383.Gould R.W., Arnone R.A., Martinolich P.M. Spectral dependence of the scattering coefficient in case 1 and 2 waters // Appl. Opt. 1999. V.38, N 12. Р.2377–2383.Lee Z., Carder K.L., Mobley C.D., Steward R.G, Patch J.S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters: 2. Deriving bottom depths and water properties by optimization // Appl. Opt. 1999. V.38, N 18. Р.3831–3843.Lee Z., Carder K.L., Mobley C.D., Steward R.G, Patch J.S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters: 2. Deriving bottom depths and water properties by optimization // Appl. Opt. 1999. V.38, N 18. Р.3831–3843.Morel A., Antoine D., Gentili B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Appl. Opt. 2002. V.41. P.6289–6306.Morel A., Antoine D., Gentili B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Appl. Opt. 2002. V.41. P.6289–6306.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.