Фотосинтетически активная радиация на дне северо-западного шельфа Чёрного моря на основе региональных моделей и спутниковых данных и её межгодовая изменчивость

Предложен и реализован алгоритм оценки фотосинтетически активной радиации, достигающей дна черноморского шельфа. Двухнедельные, среднемесячные и среднемноголетние карты фотосинтетически активной радиации с сентября 1997 по 2018 г. построены на основе региональных спутниковых продуктов и региональных спектральных особенностей оптически активных веществ с учётом их профилей, которые получены в результате статистического анализа многолетних измерений био-арго буями. Результаты количественной оценки фотосинтетически активной радиации, достигающей дна черноморского шельфа, представлены в виде двухнедельных карт с пространственным разрешением 2.5 × 2.5 км по долготе и широте за период с января 1998 по декабрь 2018 г. на сайте blackseacolor.com на странице http://blackseacolor.com/browser3.html. Анализ межгодовой изменчивости фотосинтетически активной радиации на дне шельфа для шести небольших выделенных районов (Филлофорное поле Зернова, Каркинитский залив, в центре на свале глубин, около Одессы, устья р. Дунай и Западного Крыма) показал, что в отдельных районах для летних месяцев наблюдается устойчивый рост фотосинтетически активной радиации на дне шельфа, в то время как для зимних месяцев он отсутствует. Оцениваемая точность восстановления фотосинтетически активной радиации на дне шельфа находится на уровне 50%.

1. Чурилова Т.Я., Суслин В.В., Кривенко О.В., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А. Спектральный подход к оценке скорости фотосинтеза фитопланктона в Черном море по спутниковой информации: методологические аспекты развития региональной модели // Журнал Сибирского федерального университета. Серия Биология. 2016. Т. 9, № 4. С. 367–384.

2. Кубряков А.И., Суслин В.В., Чурилова Т.Я., Коротаев Г.К. Влияние оптических свойств воды на динамику верхних слоев Черного моря в период с 1985 до 2001 гг. // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. № 26–2. С. 224–255.

3. Чурилова Т.Я., Суслин В.В. Оценка предельных глубин распространения бентосных водорослей на шельфе Чёрного моря на основе моделирования освещённости в придонном слое с использованием региональной модели и спутниковой информации // Сборник тезисов докл. XV Всеросс. откр. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. 2017. С. 306.

4. Чурилова Т.Я. Сезонная и межгодовая вариабельность глубины зоны фотосинтеза в Чёрном море по модельным расчётам // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2009. № 19. С. 265–278.

5. Churilova T. Ya., Suslin V.V., Sosik H.M. A spectral model of underwater irradiance in the Black Sea // Physical Oceanography. 2009. 19, 6. P. 366–378. doi: 10.1007/s11110–010–9060–8

6. Суслин В.В., Слабакова В.Х., Чурилова Т.Я. Ослабление падающего света в Черном море по данным болгарского арго-био буя: предварительные результаты // Современные проблемы оптики естественных вод. Труды IX Всеросс. конф. 2017. С. 35–38.

7. Ли М.Е., Шибанов Е.Б., Мартынов О.В. Измерения спектральных свойств вертикального распределения горизонтальной облученности // Труды VIII Всеросс. конф. Современные проблемы оптики естественных вод.2015. С. 271–277.

8. Латушкин А.А., Кудинов О.Б. Автономный зондирующий измеритель фотосинтетически активной радиации // Комплексные исследования Мирового океана. Матер. IV Всеросс. научной конф. молодых учёных, Севастополь, 22–26 апреля 2019 г. Тез. докл. C. 364–365.

9. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) Ocean Color Data; 2018 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. doi: 10.5067/ORBVIEW-2/SEAWIFS/L2/OC/2018

10. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) Ocean Color Data; 2012 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. doi: 10.5067/ENVISAT/MERIS/L2/OC/2012

11. 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. doi: 10.5067/AQUA/MODIS/L2/OC/2018

12. 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. doi: 10.5067/TERRA/MODIS/L2/OC/2018

13. Биооптические характеристики Черного моря по данным сканеров цвета. URL: http://blackseacolor.com/index.htm (дата обращения: 10.02.2020).

14. Bartlett J.S., Ciotti A.M., Davis R.F., Culle J.J. The spectral effects of clouds on solar irradiance // J. Geophys. Res. 1998. 103, C13. 31,017–31,031.

15. 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. doi: data/10.5067/AQUA/MODIS/L2/OC/2018

16. Шокуров М.В. Численное моделирование атмосферной циркуляции над Черным морем // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. Т. 2, вып. 25. С. 91–117.

17. Суслин В.В., Шокуров М.В., Чурилова Т.Я., Корчемкина Е.Н., Пряхина С.Ф. Фотосинтетически активная радиация в г. Севастополь: измерения и численные расчёты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2014. Вып. 28. С. 345–355.

18. 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.

19. Suslin V., Pryahina S., Churilova T., Slabakova V. The Black Sea IOPs based on SeaWiFS data // Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering 22. «22nd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics». 2016. С. 1003531. doi: 10.1117/12.2248332

20. Suslin V., Churilova T. A regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners // Int. J. of Rem. Sens. 2016. Т. 37, N 18. С. 4380–4400.

21. Vyacheslav V. Suslin, Violeta Slabakoba, Tatyana Ya. Churilova, Memet O. Dzhamalov. 4D IOPs profiles of upper 70 m layer of the Black Sea: bio-argo floats and ocean color satellite products // Proc. SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 112081K (18 December 2019); 2019, Novosibirsk, Russian Federation. doi: https://doi.org/10.1117/12.2540301

22. Churilova T. Ya., Suslin V.V., Berseneva G.P., Pryahina S.F. Parametrization of light absorption by phytoplankton, non-algal particles and coloured dissolved organic matter in the Black Sea // Current Problems in Optics of Natural Waters: Proc. 4th Int. Conf. (Nizhny Novgorod, September 11–15, 2007). Nizhny Novgorod. 2007. P. 70–74.

23. Маньковский В.И. Основы оптики океана. Севастополь: МГИ НАН Украины, 1996. 119 с.

24. Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N C7. P. 13321–13332.

25. Берсенева Г.П., Чурилова Т.Я. Хлорофилл и оптические характеристики фитопланктона в шельфовых водах у побережья Крыма // Морcкой гидрофизический журнал. 2001. № 2. C. 44–57.

26. Чурилова Т.Я., Берсенева Г.П., Георгиева Л.В. Изменчивость биооптических характеристик фитопланктона в Черном море // Океанология. 2004. Т. 44, № 1. С. 11–27.

27. Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Джулай А.А., Суслин В.В., Муханов В.С., Кривенко О.В. Биооптические характеристики вод Черного моря в зимний период // Современные проблемы оптики естественных вод. Труды междунар. конф. 2015. Т. 8. С. 140–146.

28. Churilova T., Moiseeva N., Efimova T., Krivenko O., Zemlianskaia E., Suslin V. Annual variability in light absorption by particles and colored dissolved organic matter in the Crimea coastal waters (the Black Sea) // Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering 23, Atmospheric Physics. «23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics» 2017. С. 104664B.

29. Churilova T., Suslin V., Krivenko O., Efimova T., Moiseeva N., Mukhanov V., Smirnova L. Light Absorption by Phytoplankton in the Upper Mixed Layer of the Black Sea: Seasonality and Parametrization // Frontiers in Marine Science. 2017. Vol. 4, article 90. 14 p. https://doi.org/10.3389/fmars.2017.00090

30. Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Appl. Opt. 1997. N 36. P. 8710–8723.

31. Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Appl. Opt. 1981. N 20. Р.177–184.

32. Platt T., Caverhill C., Sathyendranath S. Basin scale estimates of ocean primary production by remote sensing: The North Atlantic // J. Geophys. Res. 1991. V. 96, N C8. P. 15147–15159.

33. Иванов А.П. Физические основы гидрооптики. Минск: Наука и техника, 1975. 503 с.

34. Gordon H.R. Can the Lambert-Beer law be applied to the diffuse attenuation coefficient of the ocean water? // Limnol. Oceanogr. 1989. V. 34, N 8. Р. 1389–1409.

35. Копелевич О.В. Мало-параметрическая модель оптических свойств морской воды // Оптика океана, т. 1. Физическая оптика океана / ред. А.С. Монин. М.: Наука, 1983. С. 208–234.

36. Suslin V.V., Latushkin A.A., Kudinov O.B., Martynov O.V. Pecularities of the light attenuation coefficient spectra measured in the upper layer of the Black Sea in 103rd cruise of the R/V Professor Vodyanitsky // Proc. SPIE11208, 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 112084T (18 December 2019); doi: 10.1117/12.2540796

37. Джамалов М.О., Суслин В.В., Латушкин А.А., Мартынов О.В. Совместные измерения горизонтальной облученности и фотосинтетически активной радиации в 103 рейсе на НИС «Профессор Водяницкий» в Черном море // Труды X Юбилейной Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». 2019. С. 98–101.

38. Belokopytov V.N. Interannual variations of the renewal of waters of the cold intermediate layer in the Black Sea for the last decades // Physical Oceanography. 2011. Т. 20, N 5. С. 347–355. doi: 10.1007/s11110–011–9090-x