hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2025.18(1)-6hydrophysics-1417Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSКоэффициент спектральной яркости вод Телецкого озера в августе 2023 г. и его связь с биооптическими характеристикамиSpectral reflectance coefficient of Lake Teletskoye in august 2023 and its relationship with bio-optical characteristicshttps://orcid.org/0000-0003-0526-4083КорчёмкинаЕ. Н.KorchemkinaE. N.

Корчёмкина Елена Николаевна, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Scopus AuthorID: 23004799100, WoS ResearcherID: I-1595-2015

299011, Севастополь, ул. Капитанская д. 2 

Scopus AuthorID: 23004799100, WoS ResearcherID: I-1595-2015

2 Kapitanskaya Str., Sevastopol 299011 

korchemkina@mhi-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8627-7603СуслинВ. В.SuslinV. V.

Суслин Вячеслав Владимирович, заведующий отделом динамики океана, ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Scopus AuthorID: 6602501867

299011, Севастополь, ул. Капитанская д. 2 

Scopus AuthorID: 6602501867

2 Kapitanskaya Str., Sevastopol 299011 

slava.suslin@mhi-ras.ruКудиновО. Б.KudinovO. B.

Кудинов Олег Борисович, научный сотрудник, кандидат технических наук

299011, Севастополь, ул. Капитанская д. 2 

2 Kapitanskaya Str., Sevastopol 299011 

obk91@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7037-4812СуторихинИ. А.SutorikhinI. A.

Суторихин Игорь Анатольевич, главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук, профессор

Scopus AuthorID: 12789775100, WoS ResearcherID: LKO 9395-3018

656038, Барнаул, ул. Молодежная, д. 1 

630090, Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 6 

Scopus AuthorID: 12789775100, WoS ResearcherID: LKO 9395-3018

1 Molodezhnaya Str., Barnaul 656038 

6 Academician M.A. Lavrentiev Ave., Novosibirsk 630090 

sia@iwep.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9626-7153КирилловВ. В.KirillovV. V.

Кириллов Владимир Викторович, заведующий Лабораторией водной экологии, кандидат биологических наук

Scopus AuthorID: 35233910500, WoS ResearcherID: I-9333–2018

656038, Барнаул, ул. Молодежная, д. 1 

Scopus AuthorID: 35233910500, WoS ResearcherID: I-9333–2018 

1 Molodezhnaya Str., Barnaul 656038 

vkirillov@iwep.ruМорской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute RASRussian FederationИнститут водных и экологических проблем СО РАН ; Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологийРоссияInstitute of Water and Ecological Problems SB RAS ; Federal Research Center for Information and Computational TechnologiesRussian FederationИнститут водных и экологических проблем СО РАНРоссияInstitute of Water and Ecological Problems SB RASRussian Federation2025280420251816677Copyright © Корчёмкина Е.Н., Суслин В.В., Кудинов О.Б., Суторихин И.А., Кириллов В.В., 20252025Корчёмкина Е.Н., Суслин В.В., Кудинов О.Б., Суторихин И.А., Кириллов В.В.Korchemkina E.N., Suslin V.V., Kudinov O.B., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1417

Согласно наблюдениям последних 20-ти лет, олиготрофное Телецкое озеро (Республика Алтай) подвергается постепенной эвтрофикации, вследствие чего требуется регулярный контроль его экологического состояния. В августе 2023 г. на Телецком озере были проведены комплексные гидрооптические исследования, включавшие в себя измерения спектров коэффициента яркости водной толщи и подводной облученности, а также отбор проб для лабораторного определения концентрации хлорофилла а. В основной части участков акватории максимальные значения спектрального коэффициента яркости составляли 0,7–1 %. В областях впадения рек Чулышман, Кокши, Кыга, где присутствует заметный вклад взвешенного вещества, наблюдались увеличения значений спектрального коэффициента яркости до 2,8 %. Была проверена работоспособность полуаналитического биооптического алгоритма расчета концентрации хлорофилла а по спектрам коэффициента яркости, адаптированного к условиям внутренних водоемов. Показано завышение результатов расчета по сравнению с измеренными концентрациями хлорофилла а, однако при этом между ними наблюдалась значимая корреляция. Кроме того, по спектрам коэффициента яркости и подводной облученности были рассчитаны спектры показателя вертикального ослабления света, хорошо согласующиеся между собой. Основным оптически значимым компонентом воды Телецкого озера является неживая органика, что согласуется с данными непосредственных лабораторных определений. Использованный полуаналитический алгоритм показывает возможности оптических измерений для описания экологического состояния внутренних водоемов и представляет собой первый шаг на пути к спутниковому мониторингу биооптического состояния Телецкого озера.

According to observations over the past 20 years, the oligotrophic Lake Teletskoye (Altai Republic) is undergoing gradual eutrophication, showing the necessity of regular monitoring of its ecological state. In August 2023, multiparametric hydrooptical studies were carried out on Lake Teletskoye, including measurements of the spectral water upwelling radiance reflectance and underwater irradiance, as well as sampling for laboratory determination of chlorophyll a concentration. In the main part of the lake, spectral maxima of reflectance coefficient were observed to be 0.7–1 %, while in estuary areas of Chulyshman, Kokshi, Kyga rivers where the influence of suspended matter is significant the reflectance reached 2.8 %. The performance of the semi-analytical biooptical algorithm for calculating the chlorophyll a concentration from the reflectance spectra, adapted to the conditions of inland waters, was tested. An overestimation of the calculation results compared to the measured chlorophyll a concentration was shown, however, a significant correlation was observed between them. In addition, the spectra of the light diffuse attenuation coefficient were calculated from both the reflectance spectra and underwater irradiance, showing good agreement. The main optically significant component of Lake Teletskoye water is nonliving organic matter, which is consistent with the data of direct laboratory determinations. The semi-analytical algorithm shows the possibilities of optical measurements for describing the ecological state of inland water bodies and can be the first step towards bio-optical satellite monitoring of Lake Teletskoye.

Телецкое озерокоэффициент яркости водной толщихлорофилл апоказатель вертикального ослабления облученностибиооптический алгоритмLake Teletskoyespectral reflectancechlorophyll adiffuse attenuation coefficientbio-optical algorithmРабота выполнена в рамках государственных заданий Минобрнауки России для ФГБУН ФИЦ МГИ № FNNN-2024-0012, ФГБУН ИВЭП СО РАН № 0306-2021-0001, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий» и договоров с администрацией ФГБУ «Алтайский государственный природный биосферный заповедник». В экспедиционных работах использовалось научное оборудование ЦКП «Научно-исследовательские суда ИВЭП СО РАН».The work was carried out under the state assignments of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation of the FSBSI FRC MHI No. FNNN-2024-0012, the FSBSI IWEP SB RAS No. 0306-2021- 0001, the FSBSI «Federal Research Center for Information and Computational Technologies» and agreements with the administration of the Federal State Budgetary Institution “Altai State Nature Reserve”. The scientific equipment of the Collective Use Center “Research Vessels of the IWEP SB RAS” was used in the expedition work.ReferencesСелегей В.В., Селегей Т.С. Телецкое озеро. Л., 1978. 143 с.Selegey V.V., Selegey T.S. Lake Teletskoye. L.; 1978. 143 p. (in Russian).Робертус Ю.В., Кивацкая А.В., Любимов Р.В. Экологическое состояние воды Телецкого озера в XXI веке // Полевые исследования в Алтайском государственном биосферном заповеднике. 2021. № 3. С. 182–189. doi:10.52245/26867109_2021_12_3_182Robertus Yu.V., Kivatskaya A.V., Lyubimov R.V. Ecological status of Lake Teletskoye’s water in the 21st century. Field Studies in the Altai Biosphere Reserve. 2021;3:182–189. doi:10.52245/26867109_2021_12_3_182 (in Russian).Суторихин И.А., Кириллов В.В., Коломейцев А.А., Литвиненко С.А. Относительная прозрачность участков акватории Телецкого озера с 2014 по 2023 годы // Полевые исследования в Алтайском биосферном заповеднике. 2024. № 6. С. 168–172.Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Kolomeichev A.A., Litvinenko S.A. Relative transparency of the Teletskoye Lake water over a period from 2014 to 2023. Field Studies in the Altai Biosphere Reserve. 2024;6:168–172 (in Russian).Суторихин И.А., Коломейцев А.А., Литвиненко С.А. Гидрооптические параметры воды Телецкого озера в период устойчивой летней и зимней температурной стратификации // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 2. С. 35–42. doi:10.7868/S2073667320020045Sutorikhin I.A., Kolomeitsev A.A., Litvinenko S.A. Hydro-optical parameters of water in Lake Teletskoye during stable summer and winter temperature stratification. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2020;13(2):35–42 (in Russian) https://doi.org/10.7868/S2073667320020045Митрофанова Е.Ю. Фитопланктон Телецкого озера (Алтай, Россия): особенности развития и многолетней динамики // Экология. 2018. № 2. С. 146–151. doi:10.7868/S0367059718020087Mitrofanova E.Y. Phytoplankton of Lake Teletskoye (Altai, Russia): features of development and long-term dynamics. Russian Journal of Ecology. 2018;49(2):180–185. doi:10.1134/S1067413618010101Кириллова Т.В. Пигментные характеристики фитопланктона Телецкого озера: специальность 03.00.16: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Красноярск, 2006. 24 с.Kirillova T.V. Pigment characteristics of phytoplankton of Lake Teletskoye: specialty 03.00.16: abstract of a dissertation for the degree of candidate of biological sciences. Krasnoyarsk, 2006. 24 p. (in Russian).Кудерина Т.М., Суслова С.Б., Грабенко Е.А. и др. Экологическое состояние Телецкого озера при современных изменениях окружающей среды // Полевые исследования в Алтайском биосферном заповеднике. 2019. № 1. С. 86–91.Kuderina T.M., Suslova S.B., Grabenko E.A. et al. The ecological situation of Teletskoe Lake to environmental changes. Field Studies in the Altai Biosphere Reserve. 2019;1:86–91 (in Russian).Moiseeva N.A., Churilova T. Ya., Efimova T.V., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Skorokhod E. Yu. Spectral bio-optical properties of Lake Teletskoye in summer // Proc. SPIE12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 17 Oct 2023, 1278049. doi:10.1117/12.2690958Moiseeva N.A., Churilova T. Ya., Efimova T.V., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Skorokhod E. Yu. Spectral bio-optical properties of Lake Teletskoye in summer. Proc. SPIE12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 17 Oct 2023, 1278049. doi:10.1117/12.2690958Remote Sensing of Ocean Colour in Coastal, and Other Optically-Complex, Waters / Ed. By Sathyendranath S. Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group. Dartmouth, Canada, 2000. 140 p.Remote Sensing of Ocean Color in Coastal, and Other Optically-Complex, Waters / Ed. by Sathyendranath S. Reports of the International Ocean­Color Coordinating Group. Dartmouth, Canada, 2000. 140 p.Скороход Е.Ю., Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А., Суслин В.В. Биооптические характеристики прибрежных вод Черного моря вблизи Севастополя: оценка точности спутниковых продуктов, восстановленных по данным MODIS и VIIRS // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 233–246. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-233-246Skorokhod E. Yu., Churilova T. Ya., Efimova T.V., Moiseeva N.A., Suslin V.V. Bio-Optical Characteristics of the Black Sea Coastal Waters near Sevastopol: Assessment of MODIS and VIIRS Products Accuracy. Physical Oceanography. 2021;28(2):215–227. doi:10.22449/1573-160X-2021-2-215-227Molkov A.A., Fedorov S.V., Pelevin V.V., Korchemkina E.N. Regional Models for High-Resolution Retrieval of Chlorophyll a and TSM Concentrations in the Gorky Reservoir by Sentinel-2 Imagery // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, N 10. 1215. doi:10.3390/rs11101215Molkov A.A., Fedorov S.V., Pelevin V.V., Korchemkina E.N. Regional Models for High-Resolution Retrieval of Chlorophyll a and TSM Concentrations in the Gorky Reservoir by Sentinel-2 Imagery. Remote Sensing. 2019;11(10):1215. doi:10.3390/rs11101215Ansper A., Alikas K. Retrieval of Chlorophyll a from Sentinel-2 MSI Data for the European Union Water Framework Directive Reporting Purposes // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, N 1. 64. doi:10.3390/rs11010064Ansper A., Alikas K. Retrieval of Chlorophyll a from Sentinel-2 MSI Data for the European Union Water Framework Directive Reporting Purposes. Remote Sensing. 2019;11(1):64. doi:10.3390/rs11010064Суторихин И.А., Фроленков И.М., Литвиненко С.А., Соловьев В.А. Спектральная подводная освещенность пресноводных водоемов на разных глубинах // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36, № 10, С. 861–865. doi:10.15372/AOO20231011Sutorikhin I.A., Frolenkov I.M., Litvinenko S.A., Soloviev V.A. Underwater spectral irradiance of freshwater reservoirs. Atmospheric and Oceanic Optics. 2023;36(10):861–865. doi:10.15372/AOO20231011 (in Russian).Суторихин И.А., Кривобоков Д.Е., Соловьев В.А., Каменев А.Р. Способ и устройство измерения распределения спектральной солнечной освещенности в фотическом слое водоемов. Патент РФ на изобретение № 2817043. Дата государственной регистрации 09 апреля 2024 г.Sutorikhin I.A., Krivobokov D.E., Soloviev V.A., Kamenev A.R. Method and device for measuring distribution of spectral solar illumination in photic layer of water bodies. Russian Federation Patent for Invention No. 2817043. State registration date April 09, 202415.Gordon H.R. Physical Principles of Ocean Color Remote Sensing. University of Miami, 2019. 995 p. doi:10.33596/ppocrs-19Gordon H.R. Physical Principles of Ocean Color Remote Sensing. University of Miami; 2019. 995 p. doi:10.33596/ppocrs-19Ли М.Е., Шибанов Е.Б., Корчёмкина Е.Н., Мартынов О.В. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 17–33. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33Lee M.E., Shybanov E.B., Korchemkina E.N., Martynov O.V., 2015. Determination of the Concentration of Seawater Components based on Upwelling Radiation Spectrum. Physical Oceanography. 2015;6:15–30. doi:10.22449/1573-160X-2015-6-15-30Korchemkina E., Deryagin D., Pavlova M. et al. Advantage of Regional Algorithms for the Chlorophyll-a Concentration Retrieval from In Situ Optical Measurements in the Kara Sea // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, N11. P. 1587. doi:10.3390/jmse10111587Korchemkina E., Deryagin D., Pavlova M. et al. Advantage of Regional Algorithms for the Chlorophyll-a Concentration Retrieval from In Situ Optical Measurements in the Kara Sea. Journal of Marine Science and Engineering. 2022;10(11):1587. doi:10.3390/jmse10111587Суслин В.В., Кудинов О.Б., Корчемкина Е.Н., Латушкин А.А., Суторихин И.А., Кириллов В.В., Мартынов О.В. Спектральные свойства вертикального распределения горизонтальной облученности в Телецком озере: август 2023 года // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс]: Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1–5 июля 2024 г. Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2024. URL: https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/30/ru/abstr_16211.pdf (дата обращения: …)Suslin V.V., Kudinov O.B., Korchemkina E.N., Latushkin A.A., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Martynov O.V. Spectral properties of the vertical distribution of horizontal irradiance in Lake Teletskoye: August 2023. Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics: Proceedings of the XXX International Symposium. July 1–5, 2024, St. Petersburg. URL: https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/30/ru/abstr_16211.pdf (in Russian).Ли М.Е., Мартынов О.В. Измеритель коэффициента яркости для подспутниковых измерений биооптических параметров вод // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2000. № 1. С. 163–173.Lee M.E., Martynov O.V. Brightness coefficient sensor for subsatellite measurements of water bio-optical parameters. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones and Comprehensive Use of Shelf Resources. 2000:1:163–173 (in Russian).Protocols for Satellite Ocean Colour Data Validation: In Situ Optical Radiometry / Ed. by Zibordi G., Voss K.J., Johnson B.C., Mueller J.L. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 3.0, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. 2019. 67 p. doi:10.25607/OBP-691Protocols for Satellite Ocean Colour Data Validation: In Situ Optical Radiometry / Ed. by Zibordi G., Voss K.J., Johnson B.C., Mueller J.L. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 3.0, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. 2019. 67 p. doi:10.25607/OBP-691ГОСТ 17.1.4.02-90. Вода. Методика спектрофотометрического определения хлорофилла а. ИПК. Издательство стандартов. Москва. 12 с.GOST 17.1.4.02-90. Water. Methodology for spectrophotometric determination of chlorophyll a. IPC. Publishing House of Standards. Moscow. 12 p. (in Russian).Morel A. Optical properties of pure water and pure sea water // Optical Aspects of Oceanography / Ed. by N.G. Jerlov, E.S. Nielson. New York: Academic Press, 1974. P. 1–24.Morel A. Optical properties of pure water and pure sea water. In: Jerlov N.G., Nielson E.S. (eds.). Optical Aspects of Oceanography. New York: Academic Press; 1974. P. 1–24.Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Applied Optics. 1981. Vol. 20, № 2. P. 177–184. doi:10.1364/AO.20.000177Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm). Applied Optics. 1981;20(2):177– 184. doi:10.1364/AO.20.000177Копелевич О.В. Светорассеивающие свойства морской воды / Оптика океана. Том 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. C. 167–179.Kopelevich O.V. Light-scattering properties of sea water. In: Ocean Optics. Vol. 1. Physical optics of the ocean. Moscow: Nauka; 1983. P. 167–179 (in Russian).Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parametrization // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. P. 13,321–13,332. doi:10.1029/95JC00463Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parametrization. Journal of Geophysical Research. 1995;100:13321–13332. doi:10.1029/95JC00463Ylöstalo P., Kallio K., Seppälä J. Absorption properties of in-water constituents and their variation among various lake types in the boreal region // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 148. P. 190–205. doi:10.1016/j.rse.2014.03.023Ylöstalo P., Kallio K., Seppälä J. Absorption properties of in-water constituents and their variation among various lake types in the boreal region. Remote Sensing of Environment. 2014;148:190–205. doi:10.1016/j.rse.2014.03.023Фицек Д., Мелер Й., Западка Т., Стонь­Эгерт Й. Моделирование коэффициентов поглощения света фитопланктоном в озерах Померании (северная Польша) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4.С. 54–63.Ficek D., Meler J., Zapadka T., Ston-Egiert J. Modelling the light absorption coefficients of phytoplankton in Pomeranian lakes (northern Poland). Fundamental and Applied Hydrophysics. 2012;5(4):54–63.Корчемкина Е.Н., Мольков А.А. Региональный биооптический алгоритм для Горьковского водохранилища: первые результаты // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 3. С. 184–192. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-3-184-192Korchemkina E.N., Molkov A.A. Regional bio-optical algorithm for Gorky Reservoir: first results. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2018;15(3):184–192. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-3-184-192 (in Russian).Оптика океана / Под ред. Монина А.С. Т. 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. 371 с.Ocean Optics / Ed. Monin А.S. М.: Nauka; 1983. 371 p. (in Russian).

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