hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/bkug-hzez-xx59hydrophysics-723Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESВосстановление полей солености Азовского моря с использованием регрессионных связей между данными in situ и региональными спутниковыми продуктамиData Recovery of the Sea of Azov Salinity Fields Using Regression Analysis Between In Situ Data and Regional Satellite Productshttps://orcid.org/0000-0002-7873-6697ШульгаТ. Я.ShulgaТ. Ya.

Шульга Татьяна Яковлевна. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

WoS ResearcherID: P-9894-2015, Scopus AuthorID:57205873490, elibrary AuthorID: 825146

299011, Капитанская ул., д. 2, г. Севастополь

119034, Кропоткинский пер., д. 6, г. Москва

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

119034, Kropotkinskiy Per., 6, Moscow

shulgaty@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8627-7603СуслинВ. В.SuslinV. V.

Суслин Вячеслав Владимирович. Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

WoS ResearcherID: B-4994-2017, Scopus AuthorID: 6603566261, elibrary AuthorID: 825673

299011, Капитанская ул., д. 2, г. Севастополь

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

slava.suslin@gmail.comШукалоД. М.ShukaloD. M.

Шукало Дмитрий Михайлович. Аспирант, младший научный сотрудник

elibrary AuthorID: 1046785

299011, Капитанская ул., д. 2, г. Севастополь

299011, Kapitanskaya Str., 2, Sevastopol

mitya.googlovich@gmail.comМорской гидрофизический институт РАН; Государственный океанографический институт имени Н.Н. Зубова, РосгидрометРоссияMarine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences; N.N. Zubov’s State Oceanographic Institute, RoshydrometRussian FederationМорской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute, Russian Academy of SciencesRussian Federation202210102022153114–124Copyright © Шульга Т.Я., Суслин В.В., Шукало Д.М., 20222022Шульга Т.Я., Суслин В.В., Шукало Д.М.Shulga Т.Y., Suslin V.V., Shukalo D.M.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/723

Предложен метод получения информации о солености Азовского моря, основанный на совместном использовании данных контактных и дистанционных наблюдений. Подход к восстановлению полей солености Азовского моря основан на получении обобщенных регрессионных уравнений связывающих архивные данные in situ с региональными биооптическими параметрами, полученным по стандартным продуктам второго уровня MODIS. Проведенный анализ показал возможность использования различных подходов при получения обобщенных эмпирических (регрессионных) уравнений для весеннего и летнего сезонов, различия в которых составляют ~10 %. Результаты восстановленных значений солености верифицированы по данным in situ. Установлено, что графики средних значений восстановленной солености находятся в области 95 % доверительных полос современных среднемноголетних трендов 1986–2018 и 2000– 2018 гг. Показана возможность использования результатов предложенного метода при построении пространственных карт солености Азовского моря, синхронизированных по времени со спутниковыми снимками.

This study proposes a method for obtaining information on the salinity of the Sea of Azov, based on the use of contact and remote sensing data. The approach to the salinity fields recovery is based on obtaining generalized regression equations relating in situ archival data with regional biooptical products obtained from standard level-2 MODIS products. This analysis showed the possibility of using various approaches to obtain generalized empirical (regression) equations for the spring and summer seasons, the differences in which are ~10 %. The results of the recovered salinity values were verified using in situ data. It was found that the plots of the average values of the recovered salinity are in the region of 95 % of the confidence bands of the modern long-term average trends for 1986–2018 and 2000–2018. The possibility of using the results of the proposed method in the construction of spatial maps of the Azov Sea salinity, synchronized in time with satellite scenes, is shown.

Азовское моретемпературасоленостьрегиональные продукты MODISрегрессионные зависимоститрехмерная гидродинамическая модельSea of AzovtemperaturesalinityMODIS regional productsregression dependencies3D hydrodynamic modelРабота выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555–2022–0003 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений» (шифр «Оперативная океанология»).The work was carried out within the framework of the state task on theme No. 0555–2022–0003 “Development of methods of operational oceanology based on interdisciplinary studies of the processes of formation and evolution of the marine environment and mathematical modeling using data from remote and contact measurements” (code “Operational Oceanology”).ReferencesWolanksi E., Elliott M. Estuarine ecohydrology: An introduction. Amsterdam: Elsevier Science, 2015. 322 p.Wolanksi E., Elliott M. Estuarine ecohydrology: An introduction. Elsevier Science, Amsterdam, 2015. 322 p.Гинзбург А.И., Костяной А.Г., Серых И.В., Лебедев С.А. Климатические изменения гидрометеорологических параметров Черного и Азовского морей (1980–2020 гг.) // Океанология. 2021. Т. 61, № 6. С. 900–912. doi:10.31857/S003015742106006XGinzburg A.I., Kostianoy A.G., Serykh I.V., Lebedev S.A. Climate change in the hydrometeorological parameters of the Black and Azov Seas (1980–2020). Oceanology. 2021, 61, 745–756. doi:10.1134/S0001437021060060Шульга Т.Я., Суслин В.В. Исследование эволюции пассивной примеси в поверхностном слое Азовского моря на основе усвоения данных сканера MODIS-Aqua в гидродинамическую модель // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 73–80. doi:10.7868/S2073667318030097Shul’ga T. Ya., Suslin V.V. Investigation of the evolution of the suspended solids in the Sea of Azov based on the assimilation of satellite data in a hydrodynamic model. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2018, 11, 3, 73–80 (In Russian). doi:10.7868/S2073667318030097Konik M., Kowalevski M., Bradtke K., Darecki M. The operational method of filling information gaps in satellite imagery using numerical models // International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2019. Vol. 75. P. 66–82. doi:10.1016/j.jag.2018.09.002Konik M., Kowalevski M., Bradtke K., Darecki M. The operational method of filling information gaps in satel-lite imagery using numerical models. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2019, 75, 66–82.Глуховец Д.И., Гольдин Ю.А. Исследование связи солености и флуоресценции желтого вещества в Карском море // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 34–39. doi:10.7868/S2073667318030048Glukhovets D.I., Goldin Yu.A. Research of the relationship between salinity and yellow substance fluorescence in the Kara Sea. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2018, 11, 3, 34–39 (In Russian). doi:10.7868/S2073667318030048Шульга Т.Я., Суслин В.В., Станичная Р.Р. Численное исследование процессов эволюции загрязнений в Азовском море с использованием данных спутниковых наблюдений // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 40–52. doi:10.22449/0233–7584–2017–6–40–52Shul’ga T. Ya., Suslin V.V., Stanichnaya R.R. Numerical Research of the Pollution Surface and Deep-Sea Evolution in the Sea of Azov Using Satellite Observation Data. Physical Oceanography. 2017, 6, 36–46. doi:10.22449/1573-160X-2017-6-36-46Шульга Т.Я., Суслин В.В., Шукало Д.М., Ингеров А.В. Исследование связи между сезонными изменениями солености Азовского моря и биооптическими характеристиками по данным спутникового зондирования в видимом диапазоне спектра // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 2. С. 68–75. doi:10.7868/S2073667320020082Shul’ga T. Ya., Suslin V.V., Shukalo D.M., Ingerov A.V. Research of the relations between the seasonal variability of salinity and bio-optical features in the Sea of Azov using the satellite data in the visible spectrum range. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2020, 13, 2, 68–75 (In Russian). doi:10.7868/S2073667320020082Blumberg A.F., Mellor G.L. A description of three dimensional coastal ocean circulation model // Three-Dimensional Coastal Ocean Models / Ed.N. Heaps. Washington, D.C.: American Geophysical Union, 1987. Vol. 4. P. 1–16.Blumberg A.F., Mellor G.L. A description of three dimensional coastal ocean circulation model. Three-Dimensional Coastal Ocean Models / Ed.N. Heaps. Washington, D.C.: American Geophysical Union. 1987, 4, 1–16.NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua Ocean Color Data; 2018 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/data/10.5067/AQUA/MODIS_OC.2014.0/ (дата обращения: 02.09.2022).NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderateresolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua Ocean Color Data. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/data/10.5067/AQUA/MODIS_OC.2014.0/ (access date: 02.09.2022).NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Terra Ocean Color Data; 2018 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/data/10.5067/AQUA/MODIS_OC.2014.0/ (дата обращения: 02.09.2022).NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderateresolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua Ocean Color Data. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/data/10.5067/AQUA/MODIS_OC.2014.0/ (access date: 02.09.2022).Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т.V. Азовское море. СПб.: Гидрометеоиздат, 1991. 236 с.Hydrometeorology and hydrochemistry of the seas of the USSR. Vol. V. The Sea of Azov. SPb., Gidrometeoizdat, 1991. 236 p. (In Russian).Книпович Н.М. Работа Азовской научно-промысловой экспедиции в 1922–1924 гг. (предварительный отчет) // Труды Азово-Черноморской научно-промысловой экспедиции Керчь, 1926. Вып. 1. С. 4–51.Knipovich N.M. The work of the Azov scientific and fishing expedition in 1922–1924. (preliminary report). Trudy AzovoChernomorskoj nauchno-promyslovoj ekspedicii Kerch’, 1926, 1, 4–51. (In Russian).Гидрометеорологический справочник Азовского моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 247 с.Hydrometeorological reference book of the Sea of Azov. L., Gidrometeoizdat, 1962. 247 p. (In Russian).Лоция Азовского моря. URL: http://parusa.narod.ru/bib/books/azov_loc (дата обращения: 14.02.2022).Location of the Sea of Azov. URL: http://parusa.narod.ru/bib/books/azov_loc (access date: 14.02.2022). (In Russian).Матишов Г.Г., Григоренко К.С. Динамический режим Азовского моря в условиях осолонения // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2020. Т. 492, № 1. С. 107–112. doi:10.31857/S268673972005014XMatishov G.G., Grigorenko K.S. Dynamic mode of the Azov Sea in conditions of salinization. Doklady Earth Sciences. 2020, 492(1), 376–381. doi:10.1134/S1028334X20050141Матишов Г.Г., Гаргопа Ю.М., Бердников С.В., Дженюк С.Л. Закономерности экосистемных процессов в Азовском море. 2006. М., Наука: 304 с.Matishov G.G., Gargopa Yu.M., Berdnikov S.V., Dzhenyuk S.L. Patterns of ecosystem processes in the Sea of Azov. M., Nauka, 2006. 304 p. (In Russian).Matishov G., Matishov D., Gargopa Y., Dashkevich L., Berdnikov S., Baranova O., Smolyar I. 2006. Climatic Atlas of the Sea of Azov 2006. G. Matishov, S. Levitus, Eds., NOAA Atlas NESDIS59, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 103 pp., CD-ROM.Matishov G., Matishov D., Gargopa Y., Dashkevich L., Berdnikov S., Baranova O., Smolyar I. 2006. Climatic Atlas of the Sea of Azov 2006. G. Matishov, S. Levitus, Eds., NOAA Atlas NESDIS59, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 103 pp., CD-ROM.Матишов Г.Г., Бердников С.В., Жичкин А.П. и др. Атлас климатических изменений в больших морских экосистемах Северного полушария (1878–2013). Ростов н/Д: ЮНЦ РАН, 2014. 256 с.Matishov G.G., Berdnikov S.V., Zhichkin A.P. et al. Atlas of climatic changes in nine large marine ecosystems of the Northern hemisphere (1827–2013). Rostov-on-Don, SSC RAS, 2014. 256 p. (In Russian).Баянкина Т.М., Годин Е.А., Жук Е.В., Ингеров А.В., Исаева Е.А., Халиулин А.Х. Информационные ресурсы Морского гидрофизического института РАН // Процессы в геосредах. 2017. № 4 (13). С. 651–659.Bayankina T.V., Godin E.A., Zhuk E.V. et al. Information resources of Marine Hydrophysical Institute of the RAS. Processes in GeoMedia. 2017, 4(13), 651–659 (In Russian).Shukalo D.M., Shul’ga T. Ya. Long-term and seasonal anomalies of the Sea of the Azov thermohaline structure for 1913– 2018 // Journal of Physics Conference Series. 2021. 2057(1):012133. doi:10.1088/1742–6596/2057/1/012133Shukalo D.M., Shul’ga T. Ya. Long-term and seasonal anomalies of the Sea of the Azov thermohaline structure for 1913– 2018. Journal of Physics Conference Series. 2021, 2057(1):012133.Суетин В.С., Суслин В.В., Королев С.Н., Кучерявый А.А. Оценка изменчивости оптических свойств воды в Черном море летом 1998 года по данным спутникового прибора SEAWIFS // Морской гидрофизический журнал. 2002. № 6. С. 44–54.Suetin V.S., Suslin V.V., Korolev S.N. et al. Analysis of the variability of the optical properties of water in the Black Sea in summer 1998 according to the data of a SeaWiFS satellite instrument. Physical Oceanography. 2002, 12, 331–340. doi:10.1023/A:1021729229168Suslin V.V., Churilova T. Ya., Efimova T.V. et al. Regional bio-optical algorithm for remote estimation of the sea of Azov`s IOPS // Proceedings of SPIE. 2020. Vol. 11560. doi:10.1117/12.2574273Suslin V.V., Churilova T. Ya., Efimova T.V. et al. Regional bio-optical algorithm for remote estimation of the sea of Azov`s IOPS. Proceedings of SPIE. 2020, 115600R.Шульга Т.Я., Суслин В.В. Сезонная изменчивость IOPs в Азовском море на основе данных дистанционного зондирования и моделирования // Труды XI Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод» с международным участием (Санкт-Петербург, 29.09.2021–01.10.2021). СПб.: Химиздат, 2021. С. 106–111.Shul’ga T.Y., Suslin V.V. The seasonal variability of IOPs in the Sea of Azov based on remote sensing and modeling. Proceedings of the XI International conference «Current Problems in Optics of Natural Waters» (ONW’2021) (St. Petersburg, 29.09.2021–01.10.2021). St. Petersburg, Khimizdat, 2021, 106–111 (In Russian).

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