Пассивное оптическое зондирование речных плюмов с борта судна с помощью гиростабилизированного комплекса ЭММА

Наибольшая изменчивость экологического состояния прибрежных вод наблюдается в районах впадения рек. Плюмы рек могут отличаться от окружающей морской воды как по составу примесей, так и по их концентрации. При этом размеры и положение плюмов характеризуются сильной изменчивостью. Для мониторинга таких акваторий требуется проведение измерений с хорошим пространственным и временным разрешением. Продемонстрирована возможность оперативной оценки распределения естественных компонент морской воды в районе речного плюма у Кавказского побережья Черного моря методом пассивного оптического зондирования с борта судна. Для этого использовался портативный трехканальный гиперспектральный комплекс ЭMMA — экологический мониторинг морских акваторий, установленный на гиростабилизированной платформе. Данные комплекса ЭММА были обработаны специальным алгоритмом, позволяющим получить спектры поглощения света морской водой и оценить концентрации природных компонент в ее составе. Обсуждается эффективность работы гиростабилизированного комплекса по сравнению с измерениями без стабилизации. Показана возможность получения оценок концентрации основных естественных составляющих морской воды гиростабилизированным комплексом ЭММА в условиях неравномерного освещения при низком положении солнца, что существенно расширяет временные рамки проведения измерений. Представленный комплекс может быть полезен при проведении подспутниковых измерений в прибрежных районах океана и внутренних морях, включающих речные плюмы.

1. Mouw C.B., Greb S., Aurin D., DiGiacomo P.M., Lee Z-P., Twardowski M., Binding C., Hu C., Ma R., Moore T., Moses W., Craig S. E. Aquatic color radiometry remote sensing of coastal and inland waters: Challenges and recommendations for future satellite missions // Remote Sens. Environ. 2015. V. 160. P. 15–30.

2. Schaeffer B.A., Schaeffer K.G., Keith D., Lunetta R.S., Conmy R., Gould R.W. Barriers to adopting satellite remote sensing for water quality management // Int. J. Remote Sens. 2013. V. 34. P. 7534–7544.

3. Tyler A.N., Hunter P.D., Spyrakos E., Groom S., Constantinescu A.M., Kitchen J. Developments in Earth observation for the assessment and monitoring of inland, transitional, coastal and shelf-sea waters // Sci. Total Environ. 2016. V. 572. P. 1307–1321.

4. Hestir E.L., Brando V.E., Bresciani M., Giardino C., Matta E., Villa P., Dekker A.G. Measuring freshwater aquatic ecosystems: The need for a hyperspectral global mapping satellite mission // Remote Sens. Environ. 2015. V. 167. P. 181–195.

5. Palmer S.C.J., Kutser T., Hunter P.D. Remote sensing of inland waters: Challenges, progress and future directions // Remote Sens. Environ. 2015. V. 157. P. 1–8.

6. Spyrakos E., O’Donnell R., Hunter P.D., Miller C., Scott M., Simis S.G.H., Neil C., Barbosa C.C.F., Binding C.E., Bradt S. et al. Optical types of inland and coastal waters // Limnol. Oceanogr. 2018. V. 63. P. 846–870.

7. Le C., Li Y., Zha Y., Sun D., Huang C., Zhang H. Remote estimation of chlorophyll a in optically complex waters based on optical classification // Remote Sens. Environ. 2011. V. 115. P. 725–737.

8. Huang C.C., Li Y.M., Yang H., Li J.S., Chen X., Sun D.Y., Le C.F., Zou J., Xu L.J. Assessment of water constituents in highly turbid productive water by optimization bio-optical retrieval model after optical classification // J. Hydrol. 2014. V. 519. P. 1572–1583.

9. Alikas K., Ansko I., Vabson V., Ansper A., Kangro K., Uudeberg K., Ligi M. Consistency of Radiometric Satellite Data over Lakes and Coastal Waters with Local Field Measurements // Remote Sens. 2020. V. 12. 616. doi:10.3390/rs12040616

10. Yushmanova 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 // J. Mar. Sci. Eng. 2019. V. 7. 326. doi:10.3390/jmse7090326

11. Коновалов Б.В., Кравчишина М.Д., Беляев Н.А., Новигатский А.Н. Определение концентрации минеральной взвеси и взвешенного органического вещества по их спектральному поглощению // Океанология. 2014. Т. 54, № 5. С. 704–711.

12. Глуховец Д.И., Шеберстов С.В., Копелевич О.В., Зайцева А.Ф., Погосян С.И. Измерение коэффициента поглощения морской воды с использованием интегрирующей сферы // Светотехника. 2017. № 5. С. 39–43.

13. Dörnhöfer K., Klinger P., Heege T., Oppelt N. Multi-sensor satellite and in situ monitoring of phytoplankton development in a eutrophic-mesotrophic lake // Sci. Total Environ. 2018. V. 612. P. 1200–1214.

14. Bresciani M., Pinardi M., Free G. et al. The Use of Multisource Optical Sensors to Study Phytoplankton Spatio-Temporal Variation in a Shallow Turbid Lake // Water. 2020. V. 12. 284. doi:10.3390/w12010284

15. Матюшенко В.А., Пелевин В.Н., Ростовцева В.В. Измерение коэффициента яркости моря трехканальным спектрофотометром с борта НИС // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9, № 5. С. 664–669.

16. Mobley C.D. Estimation of the remote sensing reflectance from above–water methods // Appl. Optics. 1999. V. 38, P. 7442–7455.

17. Hommersom A., Kratzer S., Laanen M., Ansko I., Ligi M., Bresciani M., Giardino C., Beltrán-Abaunza J.M., Moore G., Wernand M., Peters S. Intercomparison in the field between the new WISP-3 and other radiometers (TriOS Ramses, ASD FieldSpec, and TACCS) // J. Appl. Rem. Sens. 2012. V. 6, N1. P. 1–21.

18. Simis S. G.H., Olsson J. Unattended processing of shipborne hyperspectral reflectance measurements // Remote Sens. Environ. 2013. V. 135. P. 202–212.

19. Peters S., Laanen M., Groetsch P., Ghezehegn S., Poser K., Hommersom A., De Reus E., Spaias L. WISPstation: A new autonomous above water radiometer system // Proc. Ocean Optics XXIV Conf., Dubrovnik, Croatia, 2018.

20. Ruddick K., De Cauwer V., Park Y., Moore G. Seaborne measurements of near infrared water-leaving reflectance: The similarity spectrum for turbid waters // Limnol. Oceanogr. 2006. V. 51. P. 1167–1179.

21. Гончаренко И.В., Ростовцева В.В., Коновалов Б.В. Использование нового судового комплекса пассивного оптического зондирования для получения распределения естественных примесей в прибрежных водах // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3, С. 97–101.

22. Ростовцева В.В. Метод получения спектров поглощения морской воды по данным пассивного дистанционного зондирования с борта судна с использованием свойств чистой воды // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28, № 11. С. 1003–1011.

23. Ростовцева В.В., Коновалов Б.В., Гончаренко И.В., Хлебников Д.В. Способ оценки содержания примесей в морских водах с помощью оперативной спектрофотометрии // Океанология. 2017. Т. 57, № 4. С. 560–574.

24. Wozniak B., Dera J. Light Absorption in Sea Water. New York: Springer Science+Business Media, LLC. 2007.