hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667318030073hydrophysics-767Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSВалидация дистанционных оценок параметров кокколитофоридных цветений в Баренцевом море по данным натурных измеренийValidation of Remote Sensing Estimates of Coccolitophore Bloom Parameters in the Barents Sea from Field MeasurementsКараллиП. Г.KaralliP. G.

Москва; г. Долгопрудный

Moscow; Dolgoprudny

КопелевичО. В.KopelevichO. V.

Москва

Moscow

СалингИ. В.SahlingI. V.

Москва

Moscow

ШеберстовС. В.SheberstovS. V.

Москва

Moscow

ПаутоваЛ. А.PautovaL. A.

Москва

Moscow

СилкинВ. А.SilkinV. A.

Москва

Moscow

Институт океанологии им. П.П. Ширшова; Московский физико-технический институт (государственный университет)РоссияP. P. Shirshov Institute of Oceanology; Moscow Institute of Physics and TechnologyRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. ШиршоваРоссияP. P. Shirshov Institute of OceanologyRussian Federation2018161120221135563Copyright © Каралли П.Г., Копелевич О.В., Салинг И.В., Шеберстов С.В., Паутова Л.А., Силкин В.А., 20222022Каралли П.Г., Копелевич О.В., Салинг И.В., Шеберстов С.В., Паутова Л.А., Силкин В.А.Karalli P.G., Kopelevich O.V., Sahling I.V., Sheberstov S.V., Pautova L.A., Silkin V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/767

Представлены результаты валидации параметров кокколитофоридных цветений, рассчитанных по данным спутниковых наблюдений и натурных измерений спектрального коэффициента яркости моря Rrs в экспедициях ИО РАН в Баренцевом море в 2016 и 2017 гг. Основные рассматриваемые параметры — концентрация клеток кокколитофорид Ncoc, рассчитанная по региональному алгоритму ИО РАН, и концентрация взвешенного неорганического углерода PIC, стандартный продукт НАСА. Оба параметра рассчитываются через показатель рассеяния назад взвешенными частицами bbp. Выполненная валидация включала, во-первых, оценку ошибок атмосферной коррекции путем сопоставления значений Rrs, рассчитанных по спутниковым данным и данным судового спектрорадиометра. Во-вторых, — валидацию «дистанционных» значений показателя bbp и концентрации Ncoc, используя данные прямых определений концентраций клеток кокколитофорид и отделившихся кокколитов на отобранных пробах морской воды. В-третьих, сопоставление рассчитанных значений Ncoc и PIC. Результаты работы показывают, что при благоприятных погодных условиях по спутниковым данным можно получать приемлемые оценки концентрации Ncoc; для улучшения точности необходимо учитывать особенности изменчивости характеристик фитопланктона. Получено уравнение регрессии для связи между среднемесячными значениями Ncoc и PIC для июля-августа с коэффициентом детерминации 0.82 и относительной ошибкой 18 % для расчета PIC через Ncoc.

The results of validation of the parameters of coccolithophorid blooms, calculated from satellite observations and field measurements of the spectral radiance reflectance Rrs in the expeditions of the IO RAS in the Barents Sea in 2016 and 2017, are presented. The main parameters under consideration are the concentration of coccolithophoride cells, Ncoc calculated with the regional algorithm of the IO RAS and the concentration of Particulate Inorganic Carbon, PIC, the standard product of NASA. Both parameters are calculated through the particle backscattering coefficient bbp. The performed validation included, first, the estimation of errors in atmospheric correction by comparing the values of Rrs from satellite data and from data measured by ship spectroradiometers. Secondly, the validation of “remote sensing” values of the bbp and Ncoc, using data from direct determination of concentrations of plated cells and detached coccolites. Third, a comparison of calculated values of Ncoc and PIC. The obtained results showed that, under favorable weather conditions, it is possible to obtain acceptable estimates of the Ncoc from satellite data. To improve accuracy, it is necessary to take into account the features of phytoplankton variability.

дистанционные методыБаренцево морекокколитофоридное цветениебиооптические характеристикиоценка ошибокremote sensingBarents Seacoccolithophore bloombio-optical parameterserror estimationРезультаты исследований в 68-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» получены в рамках государственного задания ФАНО России (тема № 0149-2018-0002). Остальные результаты за счет средств РНФ (проект № 14-50-00095).ReferencesNeukermans G., Oziel L., Babin M. Increased intrusion of warming Atlantic water leads to rapid expansion of temperate phytoplankton in the Arctic // Glob Change Biol. 2018. С. 1—9. https://doi.org/10.1111/gcb.14075 (дата обращения: 24.04.18).Neukermans G., Oziel L., Babin M. Increased intrusion of warming Atlantic water leads to rapid expansion of temperate phytoplankton in the Arctic. Glob Change Biol. 2018, 1–9. URL: https://doi.org/10.1111/gcb.14075 (Date of access: 24.04.2018).Кондрик Д., Поздняков Д., Петтерсон Л. Тенденции в кокколитофоридных цветениях в ряде акваторий Северного полушария по данным спутниковых наблюдений за 1998—2013 гг. // Исследования Земли из Космоса. 2017. № 2. С. 26—37.Kondrik D., Pozdnyakov D., Petterson L. Trends in coccolithophore blooms in some areas of the Northern hemisphere, according to satellite observations for 1998 to 2013. Issledovaniya Zemli iz Kosmosa. 2017, 2, 26—37 (in Russian).Копелевич О. В., Вазюля С. В., Григорьев А. В., Храпко А. Н., Шеберстов С. В., Салинг И. В. Проникновение солнечной радиации видимого диапазона в воды Баренцева моря в зависимости от облачности и кокколитофоридных цветений // Океанология. 2017. Т. 57, № 3. С. 445—453. DOI: 10.7868/S0030157417020095.Kopelevich O. V., Vazyulya S. V., Grigor'ev A. V., Khrapko A. N., Sheberstov S. V., Saling I. V. Penetration of Visible Solar Radiation into Waters of the Barents Sea Depending on Cloudinesss and Coccolithophore Blooms. Okeanologiya. 2017, 57, 3, 402—409.Копелевич О. В., Каралли П. Г., Лохов А. С., Салинг И. В., Шеберстов С. В. Перспективы улучшения точности оценки параметров кокколитофоридных цветений в Баренцевом море по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. № 7. C. 267—279.Kopelevich O. V., Karalli P. G., Lokhov A. S., Saling I. V., Sheberstov S. V. Prospects for improving the accuracy of estimates of the parameters of coccolithophoride blooms in the Barents Sea from satellite data. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2017, 14, 7, 267—279 (in Russian).Giraudeau J., Hulot V., Hanquiez V., Devaux L., Howa H., Garlan Th. A survey of the summer coccolithophore community in the western Barents Sea // J. Marine System. 2016. Vol. 158. P. 93—105.Giraudeau J., Hulot V., Hanquiez V., Devaux L., Howa H., Garlan Th. A survey of the summer coccolithophore community in the western Barents Sea (Retrieval of seawater components’ concentration from upwelling radiation spectrum). J. Marine System. 2016, 158, 93—105.Hovland E. K., Hancke K., Alver M. O., Drinkwater K., Hokendal J., Jonsen G., Moline M., Sakshaug E. Optical impact of an Emiliania huxleyi bloom in the frontal region of the Barents Sea // J. Marine Systems. 2014. Vol. 130. P. 228—240.Hovland E. K., Hancke K., Alver M. O., Drinkwater K., Hokendal J., Jonsen G., Moline M., Sakshaug E. Optical impact of an Emiliania huxleyi bloom in the frontal region of the Barents Sea. J. Marine Systems. 2014, 130, 228—240.Копелевич О. В., Буренков В. И., Вазюля С. В., Шеберстов С. В. Проблемы индикации кокколитофоридных цветений по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 5. С. 241—250.Kopelevich O. V., Burenkov V. I., Vazyulya S. V., Sheberstov S. V. Problems of detection of coccolithophore blooms from satellite data. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2012, 9, 5, 241—250 (in Russian).Буренков В. И., Ершова С. В., Копелевич О. В., Шеберстов С. В., Шевченко В. П. Оценка пространственного распределения взвеси в водах Баренцева моря по данным спутникового сканера цвета SeaWiFS // Океанология. 2001. Т. 41, № 5. С. 653—659.Burenkov V. I., Ershova S. V., Kopelevich O. V., Sheberstov S. V., Shevchenko V. P. An estimate of the distribution of suspended matter in the Barents Sea waters on the basis of the SeaWiFS satellite ocean color scanner. Okeanologiya. 2001, 41, 5, 622—628.Копелевич О. В., Артемьев В. А. Сравнение биооптических характеристик Балтийского, Норвежского и Баренцева морей — лето 2016 г. (65-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» // Океанология. 2017. Т. 57, № 2. С. 374—376.Kopelevich O. V., Artem'ev V. A. 65-i reis nauchno-issledovatel'skogo sudna «Akademik Mstislav Keldysh» Comparison of biooptical characteristics of the Baltic, Norwegian, and Barents seas: Summer 2016 (cruise 65 of the R/V Akademik Mstislav Keldysh). Okeanologiya. 2017, 57, 2, 340—342.Копелевич О. В., Артемьев В. А., Глуховец Д. И., Mуравья В. О., Салинг И. В., Вазюля С. В., Шеберстов С. В. Оценка биогеохимических характеристик поверхностного слоя вод Баренцева моря летом 2017 г. по оптическим данным // Геология морей и океанов: Материалы XXII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Москва: ИО РАН. 2017. Т. IV. С. 87—91.Kopelevich O. V., Artem'ev V. A., Glukhovets D. I., Murav'ya V. O., Saling I. V., Vazyulya S. V., Sheberstov S. V. Assessment of biogeochemical characteristics of the surface layer in the Barents Sea from optical data in summer 2017. Geologiya morei i okeanov: Materialy XXII Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii (Shkoly) po morskoi geologii. Moscow: IO RAN, 2017, IV, 87—91 (in Russian).Ли М. Е., Шибанов Е. Б., Мартынов О. В., Корчемкина Е. Н. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения // Морской гидрофизический журнал. 2015. Т. 186, № 6. С. 17—33.Li M. E., Shibanov E. B., Martynov O. V., Korchemkina E. N. Determination of the mpurities concentration in the sea water on the range of the rising radiation brightness. Morskoi gidrofizicheskii Zhurnal. 2015, 186, 6, 17—33 (in Russian).Артемьев В. А., Буренков В. И., Вортман М. И., Григорьев А. В., Копелевич О. В., Храпко А. Н. Подспутниковые измерения цвета океана: новый плавающий спектрорадиометр и его метрология // Океанология. 2000. Т. 40, № 1. С. 148—155.Artem'ev V. A., Burenkov V. I., Vortman M. I., Grigor'ev A. V., Kopelevich O. V., Khrapko A. N. Sea-truth measurements of ocean color: a new floating spectroradiometer and its metrology. Okeanologiya. 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 // Appl. Opt. 1998. V. 37. No. 27. P. 6329-6338.Lee Z., Carder K. L., Mobley C. D., Steward R. G., Patch J. S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters. I. A semianalytical model // Appl. Opt. 1998. V. 37. No. 27. P. 6329-6338.Микаэлян А. С., Силкин В. А., Паутова Л. А. Развитие кокколитофорид в Черном море: межгодовые и многолетние изменения // Океанология. 2011. Т. 51, № 1. С. 45—53.Mikaelyan A. S., Silkin V. A., Pautova L. A. Coccolithophorids in the Black Sea: Their interannual and long-term changes. Okeanologiya. 2011, 51, 1, 39—48.Voss K. J., Balch W. M., Kilpatrick K. A. Scattering and attenuation properties of Emiliania huxleyi cells and their detached coccoliths // Limnology and Oceanography. 1998. V. 43, № 5. P. 870—876.Voss K. J., Balch W. M., Kilpatrick K. A. Scattering and attenuation properties of Emiliania huxleyi cells and their detached coccoliths. Limnol. Oceanogr. 1998, 43, 5, 870—876.

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