hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2025.18(4)-10XOTOMVhydrophysics-1484Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSМалогабаритный измеритель коэффициента яркости моряSmall-sized remote sensing reflectance meterhttps://orcid.org/0000-0002-6686-056XВолодинВ. Д.VolodinV. D.

Володин Всеволод Дмитриевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник 

WoS ResearcherID: AES-4758-2022, Scopus AuthorID: 14027591000 

117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36 

WoS ResearcherID: AES-4758-2022, Scopus AuthorID: 14027591000 

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow 117997 

volodin@geokhi.ruhttps://orcid.org/0009-0007-5117-0877ПавловаМ. А.PavlovaM. A.

Павлова Мария Александровна, младший научный сотрудник  

117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36 

141701, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер., д. 9 

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow 117997 

9, Institutsky per., Dolgoprudny, Moscow reg., 141701 

pavlova.ma@ocean.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5641-4227ГлуховецД. И.GlukhovetsD. I.

Глуховец Дмитрий Ильич, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией оптики океана, ведущий научный сотрудник

Scopus AuthorID: 7193736311 

117997, Москва, Нахимовский проспект, д. 36 

141701, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер., д. 9 

Scopus AuthorID: 7193736311 

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow 117997 

9, Institutsky per., Dolgoprudny, Moscow reg., 141701 

glukhovets@ocean.ruИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАН ; Московский физико-технический институтРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences ; Moscow Institute of Physics and TechnologyRussian Federation202522122025184138145Copyright © Володин В.Д., Павлова М.А., Глуховец Д.И., 20252025Володин В.Д., Павлова М.А., Глуховец Д.И.Volodin V.D., Pavlova M.A., Glukhovets D.I.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/1484

Описан малогабаритный спектрорадиометр (МСР), разработанный в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН на основе миниатюрного спектрометра AIOX 2000–02 для палубных измерений спектрального коэффициента яркости моря Rrs(λ), детали которого в основном изготовлены методом 3D печати. Преимуществом нового спектрорадиометра являются значительно меньшие масса и габариты по сравнению с ранее разработанным палубным спектрорадиометром, а также удобство проведения измерений в палубных условиях, в том числе во время качки, что обусловлено как массогабаритными характеристиками, так и отсутствием необходимости в использовании кюветы с чистой водой и ручной установки кюветы и серого экрана в процессе измерений.

Проведено сопоставление спектров Rrs(λ), полученных с использованием данного прибора, с результатами других спектрорадиометров. Показано, что относительная взаимная ошибка измерения спектрального коэффициента яркости моря между данными описанного спектрорадиометра с другими приборами не превышает 15 %, что можно считать хорошим соответствием между их данными.

Результаты обработки кривых Rrs(λ), полученных на описанном приборе, с использованием алгоритма GIOP, хорошо согласуются с независимыми данными о биооптических характеристиках, полученными на момент измерений независимыми методами.

A small-sized spectroradiometer (SSR) developed at the Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences based on a miniature AIOX 2000–02 spectrometer for deck measurements of the spectral remote sensing reflectance Rrs(λ), the parts of which are mainly made by 3D printing, is described. The advantage of the new spectroradiometer is its significantly lower weight and dimensions compared to the previously developed deck spectroradiometer, as well as the convenience of measuring in deck conditions, including during pitching, due to both its weight and size characteristics and the lack of the need to use a cuvette with clean water and manually install a cuvette and a gray screen during measurements. The Rrs(λ) spectra obtained using this instrument are compared with the results of other spectroradiometers. It is shown that the relative mutual error of measuring the spectral coefficient of remote sensing reflectance between the data of the described spectroradiometer and other instruments does not exceed 15 %, which can be considered a good match between their data. The results of processing the Rrs(λ) curves obtained on the described device using the GIOP algorithm are in good agreement with independent data on bio-optical characteristics got by independent methods at the time of measurements.

спектрорадиометркоэффициент яркости морябиооптические характеристикиалгоритм GIOPspectroradiometerremote sensing reflectancebio-optical characteristicsGIOP algorithmРазработка и испытания малогабаритного спектрорадиометра выполнены при поддержке государственного задания ИО РАН по теме № FMWE-2024–0015; усовершенствование макета по части измерений, обработки и использования спектров диффузного отражения серого экрана и зеркального отражения черного стекла, а также расчет биооптических характеристик выполнены при поддержке гранта РНФ № 25-77-10065. Грант предоставлен через Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН.The development and testing of the small-sized spectroradiometer were carried out with the support of the IO RAS state assignment FMWE-2024-0015. The improvement of the prototype construction in terms of measurements, processing and use of diffuse reflection spectra of gray screen and specular reflection of black glass, as well as the calculation of biooptical characteristics were carried out with the support of the Russian Science Foundation grant № 25-77-10065. The grant was provided through the P.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences.ReferencesКопелевич О.В., Салинг И.В., Вазюля С.В. и др. Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины России, по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2017 гг. М.: ИО РАН, 2018. 140 с.Kopelevich OV, Saling IV, Vazyulya SV, et al. Bio-optical characteristics of the seas, surrounding the western part of Russia, from data of the satellite ocean color scanners of 1998–2017. Moscow: Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences; 2018. 140 p. (In Russ).Артемьев В.А., Буренков В.И., Вортман М.И. и др. Подспутниковые измерения цвета океана: новый плавающий спектрорадиометр и его метрология // Океанология. 2000. Т. 40, № 1. С. 148–155.Artemiev VA, Burenkov VI, Vortman MI, et al. Sea-truth measurements of ocean color: a new floating spectroradiometer and its metrology. Oceanology. 2000;40(1):139–145.Lee Z., Carder K.L., Mobley C.D., Steward R.G., Patch J.S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters. I. A semianalytical model // Applied Optics. 1998. Vol. 37, No. 27. P. 6329–6338. https://doi.org/10.1364/AO.37.006329Lee Z, Carder KL, Mobley CD, Steward RG, Patch JS. Hyperspectral remote sensing for shallow waters. I. A semianalytical model. Applied Optics. 1998;37(27):6329–6338. https://doi.org/10.1364/AO.37.006329Ли 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. Т. 186, № 6. С. 17–33. EDN VHEWVT. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2015-6-17-33Li ME, Shibanov EB, Korchemkina EN, Martynov OV. Determination of the concentration of seawater components based on upwelling radiation spectrum. Physical Oceanography. 2015;26(6):15–30. https://doi.org/10.22449/1573-160X-2015-6-15-30Pavlova M.A., Glukhovets D.I., Volodin V.D. Deck spectroradiometer for measuring remote sensing reflectance // Oceanology. 2023. Vol. 63, No. S1. P. S228–S237. EDN KARVPW. https://doi.org/10.1134/S0001437023070147Pavlova MA, Glukhovets DI, Volodin VD. Deck spectroradiometer for measuring remote sensing reflectance. Oceanology. 2023;63(Suppl 1): S228–S237. https://doi.org/10.1134/S0001437023070147Gao M., Li J.; Wang S., Zhang F., Yan K., Yin Z., Xie Y., Shen W. Smartphone-camera-based water reflectance measurement and typical water quality parameter inversion. // Remote Sensing. 2022. Vol. 14. P. 1371. EDN EZEPHT. https://doi.org/10.3390/rs14061371Gao M, Li J, Wang S, Zhang F, Yan K, Yin Z, Xie Y, Shen W. Smartphone-camera-based water reflectance measurement and typical water quality parameter inversion. Remote Sensing. 2022;14(6):1371. https://doi.org/10.3390/rs14061371Werdell P.J., Franz B.A., Bailey S.W., et al. Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties // Applied optics. 2013. Vol. 52, No. 10. P. 2019–2037. https://doi.org/10.1364/AO.52.002019Werdell PJ, Franz BA, Bailey SW, et al. Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties. Applied Optics. 2013;52(10):2019–2037. https://doi.org/10.1364/AO.52.002019Yushmanova A., Kopelevich O., Vazyulya S., Sahling I. Inter-annual variability of the seawater light absorption in surface layer of the northeastern Black Sea in connection with hydrometeorological factors // Journal of Marine Science and Engineering, Vol. 7, No. 9. P. 326–344. EDN ICBIII. https://doi.org/10.3390/jmse7090326Yushmanova AV, Kopelevich OV, Vazyulya SV, Sahling IV. Inter-annual variability of the seawater light absorption in surface layer of the northeastern Black Sea in connection with hydrometeorological factors. Journal of Marine Science and Engineering. 2019;7(9):326. https://doi.org/10.3390/jmse7090326

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