hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667320010049hydrophysics-6Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSОценка влияния взвеси на спектральный показатель ослабления света в Телецком озере (Перевод на англ. яз.: Е.С. Кочеткова)Evaluation of suspended matter effect on spectral light attenuation in Lake TeletskoyeАкуловаО. Б.AkulovaО. B.

г. Барнаул

Barnaul

akulova8282@mail.ruБукатыйВ. И.BukatyiV. I.

г. Барнаул

Barnaul

Институт водных и экологических проблем СО РАНРоссияInstitute for Water and Environmental Problems, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2020281120211313544Copyright © Акулова О.Б., Букатый В.И., 20212021Акулова О.Б., Букатый В.И.Akulova О.B., Bukatyi V.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/6

Представлены результаты измерений спектрального показателя ослабления света в диапазоне 400–800 нм по акватории Телецкого озера, полученные в ходе летней экспедиции (19–23 июня 2018 г.). В исследуемый период значения показателя ослабления (при натуральном основании логарифма) в различных точках отбора проб варьировались в пределах 0.2–4.4 м–1 в вышеуказанном спектральном диапазоне длин волн.Для оценки влияния взвеси на суммарный показатель ослабления рассчитан её относительный спектральный вклад, а также других основных оптически активных компонентов озёрной воды — жёлтого вещества, хлорофилла «а» и чистой воды. Спектральный вклад взвеси в показатель ослабления света на длине волны 430 нм находился в пределах 2.3–33.4 %, на длине волны 550 нм — 5.9–47.8 %. Для определения гранулометрического состава и счётной концентрации частиц взвеси использован метод оптической микроскопии. По данным измерений средневзвешенные радиусы частиц в пробах воды с поверхностного слоя озера находились преимущественно в интервале 0.5–0.8 мкм, концентрации — от 0.9∙106 см–3 до 3.3∙106 см–3. Распределения частиц по размерам аппроксимировались функцией Юнге с коэффициентом детерминации от 0.63 до 0.99.

This study presents the results of the light attenuation coefficient measurements in the range of 400–800 nm in the waters of Lake Teletskoye, obtained in a summer cruise (19–23 June 2018). During the cruise in various locations, the attenuation coefficient values varied (to the base of natural logarithm) in the range of 0.2–4.4 m–1 within the stated wavelength range.The relative spectral effect of the suspended matter was calculated along with the other major optically active components of the lake water: yellow matter, chlorophyll-a and pure water to assess the contribution of suspension to the total attenuation coefficient. Suspended matter spectral contribution to light attenuation at 430 nm wavelength appeared in the range of 2.3–33.4 %, and at 550 nm — 5.9–47.8 %. Optical microscopy was used to determine the particle size distribution and the number concentration of suspended particles. According to the measurements, weight-average particle radii in the water samples varied primarily within the range 0.5–0.8 µm, while the concentrations differed from 0.9∙106cm–3 to 3.3∙106cm–3. Particle size distribution was approximated by the Junge function with a determination coefficient from 0.63 to 0.99.

метод оптической микроскопииспектральный показатель ослабления светасчётная концентрация взвесирадиус частицраспределение частиц по размерамгранулометрический составфункция ЮнгеТелецкое озероmethod of optical microscopyspectral light attenuationsuspended matter concentrationparticle radiusparticle size distributionJunge functionLake TeletskoyeThis work was carried out as part of the state assignment of the IWEP SB RAS (project registration number AAAA-A17–117041210241–4).ReferencesМаньковский В.И., Шерстянкин П.П. Спектральная модель показателя ослабления направленного света в водах озера Байкал в летний период // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 6. С. 39–46.Man’kovskiy V.I, Sherstyankin P.P. Spectral model of an indicator of weakening of a directional light in waters of Lake Baikal during the summer period. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2007, 6, 39–46 (in Russian).Копелевич О.В. Малопараметрическая модель оптических свойств морской воды // Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана / Под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. С. 208–235.Kopelevich O.V. Low-parametrical model of optical properties of sea water. Optika Okeana. T.1. Fizicheskaya optika okeana / Pod red. A.S. Monina. M., Nauka, 1983, 208–235. (in Russian).Маньковский В.И. Спектральный вклад компонентов морской воды в показатель ослабления направленного света в поверхностных водах Средиземного моря // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 5. С. 14–29.Man’kovskiy V.I. Spectral contribution of components of sea water to an indicator of weakening of a directional light in a surface water of the Mediterranean Sea. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2011, 5, 14–29 (in Russian).Левин И.М. Малопараметрические модели первичных оптических характеристик морской воды // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 3. С. 3–22.Levin I.M. Low-parametrical models of primary optical characteristics of sea water. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2014, 7, 3, 3–22 (in Russian).Reinart A., Paavel B., Pierson D., Strömbeck N. Inherent and apparent optical properties of Lake Peipsi, Estonia // Boreal Env. Res. 2004. 9. P. 429–445.Reinart A., Paavel B., Pierson D., Strömbeck N. Inherent and apparent optical properties of Lake Peipsi, Estonia. Boreal Env. Res. 2004, 9, 429–445.Mitchell B.G., Kahru M., Wieland J., Stramska М. Determination of spectral absorption coefficients of particles, dissolved material and phytoplankton for discrete water samples // Ocean Optics Protocols for Satellite. Ocean Color Sensor Validation. 2002. Revision 3. V. 2. Chapter 15. P. 231–257.Mitchell B.G., Kahru M., Wieland J., Stramska М. Determination of spectral absorption coefficients of particles, dissolved material and phytoplankton for discrete water samples. Ocean Optics Protocols for Satellite. Ocean Color Sensor Validation. 2002, Revision 3, 2, 15, 231–257.Onderka M., Rodný M., Velísková Y. Suspended particulate matter concentrations retrieved from self-calibrated multispectral satellite imagery // J. Hydrol. Hydromech. 2011. 59, 4. P. 251–261. DOI: 10.2478/v10098–011–0021–9Onderka M., Rodný M., Velísková Y. Suspended particulate matter concentrations retrieved from self-calibrated multispectral satellite imagery. J. Hydrol. Hydromech. 2011, 59, 4, 251–261. DOI: 10.2478/v10098–011–0021–9.Woźniak S.B., Stramski D. Modeling the optical properties of mineral particles suspended in seawater and their influence on ocean reflectance and chlorophyll estimation from remote sensing algorithms // Appl. Opt. 2004. V. 43, N17. P. 3489–3503.Woźniak S.B., Stramski D. Modeling the optical properties of mineral particles suspended in seawater and their influence on ocean reflectance and chlorophyll estimation from remote sensing algorithms. Appl. Opt. 2004, 43, 17, 3489–3503.Woźniak S.B., Meler J., Lednicka B., Lednicka B., Zdun A., Stoń-Egiert J. Inherent optical properties of suspended particulate matter in the southern Baltic Sea // Oceanologia. 2011. N53(3). P. 691–729.Woźniak S.B., Meler J., Lednicka B., Lednicka B., Zdun A., Stoń-Egiert J. Inherent optical properties of suspended particulate matter in the southern Baltic Sea. Oceanologia. 2011, 53(3), 691–729.Korosov A.A., Pozdnyakov D.V., Shuchman R., Sayers M., Sawtell R., Moiseev A.V. Bio-optical retrieval algorithm for the optically shallow waters of Lake Michigan. I. Model description and sensitivity/robustness assessment // Transactions of KarRC RAS. 2017. N3. P. 79–92. DOI: 10.17076/lim473Korosov A.A., Pozdnyakov D.V., Shuchman R., Sayers M., Sawtell R., Moiseev A.V. Bio-optical retrieval algorithm for the optically shallow waters of Lake Michigan. I. Model description and sensitivity/robustness assessment. Transactions of KarRC RAS. 2017, 3, 79–92. DOI: 10.17076/lim473Shuchman R.A., Leshkevich G., Sayers M.J., Johengen T.H., Brooks C.N., Pozdnyakov D. An algorithm to retrieve chlorophyll, dissolved organic carbon, and suspended minerals from Great Lakes satellite data // J. Great Lakes Res. 2013. V. 32. P. 14–33.Shuchman R.A., Leshkevich G., Sayers M.J., Johengen T.H., Brooks C.N., Pozdnyakov D. An algorithm to retrieve chlorophyll, dissolved organic carbon, and suspended minerals from Great Lakes satellite data. J. Great Lakes Res. 2013, 32, 14–33.Churilova T.Ya., Moiseeva N.A., Latushkin А.A., Suslin V.V., Usoltseva M.V., Zakharova Yu.R., Titova L.A., Gnatovsky R. Yu., Blinov V.V. Preliminary results of bio-optical investigations at Lake Baikal // Limnol. and Freshwat. Biol. 2018. N1. P. 58–61. DOI:10.31951/2658–3518–2018-A-1–58Churilova T.Ya., Moiseeva N.A., Latushkin А.A., Suslin V.V., Usoltseva M.V., Zakharova Yu.R., Titova L.A., Gnatovsky R. Yu., Blinov V.V. Preliminary results of bio-optical investigations at Lake Baikal. Limnol. and Freshwat. Biol. 2018, 1, 58–61. DOI:10.31951/2658–3518–2018-A-1–58.Shi L., Mao Z., Wu J., Liu M., Zhang Y., Wang Z. Variations in spectral absorption properties of phytoplankton, non-algal particles and chromophoric dissolved organic matter in Lake Qiandaohu // Water. 2017. 9, 352. P. 1–20. DOI:10.3390/w9050352Shi L., Mao Z., Wu J., Liu M., Zhang Y., Wang Z. Variations in spectral absorption properties of phytoplankton, non-algal particles and chromophoric dissolved organic matter in Lake Qiandaohu. Water. 2017, 9, 352, 1–20. DOI:10.3390/w9050352Clavano W.R., Boss E., Karp-Boss L. Inherent optical properties of non-spherical Marine-like particles — from theory to observation // Oceanogr. and Marin. Biol.: An Ann. Rev. 2007. 45. P. 1–38.Clavano W.R., Boss E., Karp-Boss L. Inherent optical properties of non-spherical Marine-like particles — from theory to observation. Oceanogr. and Marin. Biol.: An Ann. Rev. 2007, 45, 1–38.Акулова О. Б.,Букатый В.И., Марусин К.В. Пространственная изменчивость гидрооптических характеристик Телецкого озера // Труды КарНЦ РАН. Серия Лимнология и океанология. 2019. № 3. С. 16–27. DOI: 10.17076/lim947Akulova O.B., Bukatyi V.I., Marusin K.V. Spatial variability of hydrooptical characteristics of Lake Teletskoye. Trudy KarNTs RAN. Seriya Limnologiya i Okeanologiya. 2019, 3, 16–27 (in Russian).Селегей В.В., Дехандсхюттер Б., Клеркс Я., Высоцкий Е.М., Перепелова Т.И. Физико-географическая и геологическая характеристика Телецкого озера. Бельгия: Королевский Музей Центральной Африки, 2001. Т. 105. 310 с.Selegey V.V., Dekhandskhyutter B., Klerks Ya., Vysotskiy E.M., Perepelova T.I. Physical and geological environment of Lake Teletskoye. Bel’giya, Korolevskiy Muzey Tsentral’noy Afriki. 2001, 105. 310 p. (in Russian).Акулова О.Б. Разработка методов и измерительно-вычислительного комплекса для оценки экологически значимых гидрооптических характеристик пресноводных водоёмов (на примере озёр Алтайского края). Дис. … канд. тех. наук. Барнаул: ИВЭП СО РАН. Барнаул, 2015. 176 с.Akulova O.B. Development of methods and the measuring computer system for assessment of ecologically significant hydrooptical characteristics of freshwater reservoirs (on the example of lakes of Altai Krai). Dis. … kand. tekh. nauk. Barnaul, IVEP SO RAN, 2015. 176 p. (in Russian).Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Applied Optics. 1997. V. 36, № 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, 36, 33, 8710–8723.Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Applied Optics. 1981. V. 20, № 2. P. 177–184.Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm). Applied Optics. 1981, 20, 2, 177–184.Антоненков Д.А. Особенности применения различных методов исследования размерного состава и концентрации взвешенного в воде вещества // Вісник СевДТУ. Вип. 97: Механіка, енергетика, екологія: зб. наук. пр. Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2009. С. 181–187.Antonenkov D.A. Features of application of various methods of a research of dimensional structure and concentration of the substance weighed in water. Vіsnik SevDTU. 97: Mekhanіka, energetika, ekologіya: zb. nauk. pr. Sevastopol’. Vid-vo SevNTU, 2009, 181–187 (in Russian).Ван де Хюлст Рассеяние света малыми частицами. М.: Иностранная литература, 1961. 357 с.Van de Khyulst Light dispersion by small particles. M., Inostrannaya literatura, 1961. 357 p. (in Russian).Дыкман В.З., Ефремов О.И. Измерение объемной концентрации взвесей по пульсациям электропроводности морской воды // Системы контроля окружающей среды. Методические, технические и программные средства: сб. науч. тр. МГИ НАНУ. Севастополь: 2003. С. 48–54.Dykman V.Z., Efremov O.I. Measurement of volume concentration of suspensions on pulsations of conductivity of sea water. Sistemy Kontrolya Okruzhayushchey Sredy. Metodicheskie, tekhnicheskie i programmnye sredstva: sb. nauch. tr. MGI NANU. Sevastopol’, 2003, 48–54 (in Russian).Руководство к практическим занятиям по микробиологии: Учеб. пособие / Под ред. Н.С. Егорова. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 1995. 224 с.The guide to a practical training to microbiology: Ucheb. posobie / Pod red. N.S. Egorova. 3-e izd., pererab. i dop. M., Izd-vo MGU, 1995. 224 p. (in Russian).Большаков Г.Ф. Оптические методы определения загрязнённости жидких сред. Новосибирск: Наука, 1984. 157 с.Bol’shakov G.F. Optical methods of determination of impurity of liquid environments. Novosibirsk, Nauka, 1984. 157 p. (in Russian).Фрайфельдер Д. Физическая биохимия. М.: Мир, 1980. 581 с.Frayfel’der D. Physical biochemistry. M., Mir, 1980. 581 p. (in Russian).Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1988. 464 с.Frolov Yu.G. Course of colloidal chemistry. Superficial phenomena and disperse systems: Uchebnik dlya vuzov. 2-e izd., pererab. i dop. M., Khimiya., 1988. 464 p. (in Russian).Allen T. Particle size measurement: Powder sampling and particle size measurement. V. 1, 5th ed. London, UK: Chapman & Hall, 1997. P. 1–4.Allen T. Particle size measurement: Powder sampling and particle size measurement. V. 1, 5th ed. London, UK, Chapman & Hall, 1997, 1–4.Merkus G.H. Particle size measurements: Fundamentals, Practice, Quality. Springer Science+Business Media, 2009. 533 p.Merkus G.H. Particle size measurements: Fundamentals, Practice, Quality. Springer Science+Business Media, 2009. 533 p.Xu R. Particle Characterization: Light Scattering Methods. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow: Kluwer Academic Publishers, 2002. 397 p.Xu R. Particle Characterization: Light Scattering Methods. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow, Kluwer Academic Publishers, 2002. 397 p.Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. М.: Наука, 1991. 544 с.Reymers N.F. Popular biological dictionary. M., Nauka, 1991. 544 p. (in Russian).Карбышев С.Ф., Ковальская Г.А., Павлов В.Е. Распределение химических элементов во взвешенном веществе Телецкого озера по фракциям и глубинам // Сб. тр. междунар. конф. «Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики». Томск: Междунар. исслед. центр по физике окружающей среды и экологии Томск. науч. центра СО РАН, 2001. С. 118–120.Karbyshev S.F., Koval’skaya G.A., Pavlov V.E. Distribution of chemical elements in suspended substance of Lake Teletskoye on fractions and depths. Sb. tr. mezhdunar. konf. “Ekologiya Sibiri, Dal’nego Vostoka i Arktiki”. Tomsk, Mezhdunar. issled. tsentr po fizike okruzhayushchey sredy i ekologii Tomsk. nauch. tsentra SO RAN, 2001, 118–120 (in Russian).Bader H. The hyperbolic distribution of particle sizes // J. Geophys. Res. 1970. V. 75(15). P. 2822–2830.Bader H. The hyperbolic distribution of particle sizes. J. Geophys. Res. 1970, 75(15), 2822–2830.Ерлов Н.Г. Оптика моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 248 с.Erlov N.G. Sea optics. L., Gidrometeoizdat, 1980. 248 p. (in Russian).

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