Коэффициент спектральной яркости вод Телецкого озера в августе 2023 г. и его связь с биооптическими характеристиками

Согласно наблюдениям последних 20-ти лет, олиготрофное Телецкое озеро (Республика Алтай) подвергается постепенной эвтрофикации, вследствие чего требуется регулярный контроль его экологического состояния. В августе 2023 г. на Телецком озере были проведены комплексные гидрооптические исследования, включавшие в себя измерения спектров коэффициента яркости водной толщи и подводной облученности, а также отбор проб для лабораторного определения концентрации хлорофилла а. В основной части участков акватории максимальные значения спектрального коэффициента яркости составляли 0,7–1 %. В областях впадения рек Чулышман, Кокши, Кыга, где присутствует заметный вклад взвешенного вещества, наблюдались увеличения значений спектрального коэффициента яркости до 2,8 %. Была проверена работоспособность полуаналитического биооптического алгоритма расчета концентрации хлорофилла а по спектрам коэффициента яркости, адаптированного к условиям внутренних водоемов. Показано завышение результатов расчета по сравнению с измеренными концентрациями хлорофилла а, однако при этом между ними наблюдалась значимая корреляция. Кроме того, по спектрам коэффициента яркости и подводной облученности были рассчитаны спектры показателя вертикального ослабления света, хорошо согласующиеся между собой. Основным оптически значимым компонентом воды Телецкого озера является неживая органика, что согласуется с данными непосредственных лабораторных определений. Использованный полуаналитический алгоритм показывает возможности оптических измерений для описания экологического состояния внутренних водоемов и представляет собой первый шаг на пути к спутниковому мониторингу биооптического состояния Телецкого озера.

1. Селегей В.В., Селегей Т.С. Телецкое озеро. Л., 1978. 143 с.

2. Робертус Ю.В., Кивацкая А.В., Любимов Р.В. Экологическое состояние воды Телецкого озера в XXI веке // Полевые исследования в Алтайском государственном биосферном заповеднике. 2021. № 3. С. 182–189. doi:10.52245/26867109_2021_12_3_182

3. Суторихин И.А., Кириллов В.В., Коломейцев А.А., Литвиненко С.А. Относительная прозрачность участков акватории Телецкого озера с 2014 по 2023 годы // Полевые исследования в Алтайском биосферном заповеднике. 2024. № 6. С. 168–172.

4. Суторихин И.А., Коломейцев А.А., Литвиненко С.А. Гидрооптические параметры воды Телецкого озера в период устойчивой летней и зимней температурной стратификации // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 2. С. 35–42. doi:10.7868/S2073667320020045

5. Митрофанова Е.Ю. Фитопланктон Телецкого озера (Алтай, Россия): особенности развития и многолетней динамики // Экология. 2018. № 2. С. 146–151. doi:10.7868/S0367059718020087

6. Кириллова Т.В. Пигментные характеристики фитопланктона Телецкого озера: специальность 03.00.16: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Красноярск, 2006. 24 с.

7. Кудерина Т.М., Суслова С.Б., Грабенко Е.А. и др. Экологическое состояние Телецкого озера при современных изменениях окружающей среды // Полевые исследования в Алтайском биосферном заповеднике. 2019. № 1. С. 86–91.

8. Moiseeva N.A., Churilova T. Ya., Efimova T.V., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Skorokhod E. Yu. Spectral bio-optical properties of Lake Teletskoye in summer // Proc. SPIE12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 17 Oct 2023, 1278049. doi:10.1117/12.2690958

9. Remote Sensing of Ocean Colour in Coastal, and Other Optically-Complex, Waters / Ed. By Sathyendranath S. Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group. Dartmouth, Canada, 2000. 140 p.

10. Скороход Е.Ю., Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А., Суслин В.В. Биооптические характеристики прибрежных вод Черного моря вблизи Севастополя: оценка точности спутниковых продуктов, восстановленных по данным MODIS и VIIRS // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 233–246. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-233-246

11. Molkov A.A., Fedorov S.V., Pelevin V.V., Korchemkina E.N. Regional Models for High-Resolution Retrieval of Chlorophyll a and TSM Concentrations in the Gorky Reservoir by Sentinel-2 Imagery // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, N 10. 1215. doi:10.3390/rs11101215

12. Ansper A., Alikas K. Retrieval of Chlorophyll a from Sentinel-2 MSI Data for the European Union Water Framework Directive Reporting Purposes // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, N 1. 64. doi:10.3390/rs11010064

13. Суторихин И.А., Фроленков И.М., Литвиненко С.А., Соловьев В.А. Спектральная подводная освещенность пресноводных водоемов на разных глубинах // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36, № 10, С. 861–865. doi:10.15372/AOO20231011

14. Суторихин И.А., Кривобоков Д.Е., Соловьев В.А., Каменев А.Р. Способ и устройство измерения распределения спектральной солнечной освещенности в фотическом слое водоемов. Патент РФ на изобретение № 2817043. Дата государственной регистрации 09 апреля 2024 г.

15. Gordon H.R. Physical Principles of Ocean Color Remote Sensing. University of Miami, 2019. 995 p. doi:10.33596/ppocrs-19

16. Ли М.Е., Шибанов Е.Б., Корчёмкина Е.Н., Мартынов О.В. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 17–33. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33

17. Korchemkina E., Deryagin D., Pavlova M. et al. Advantage of Regional Algorithms for the Chlorophyll-a Concentration Retrieval from In Situ Optical Measurements in the Kara Sea // Journal of Marine Science and Engineering. 2022. Vol. 10, N11. P. 1587. doi:10.3390/jmse10111587

18. Суслин В.В., Кудинов О.Б., Корчемкина Е.Н., Латушкин А.А., Суторихин И.А., Кириллов В.В., Мартынов О.В. Спектральные свойства вертикального распределения горизонтальной облученности в Телецком озере: август 2023 года // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс]: Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1–5 июля 2024 г. Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2024. URL: https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/30/ru/abstr_16211.pdf (дата обращения: …)

19. Ли М.Е., Мартынов О.В. Измеритель коэффициента яркости для подспутниковых измерений биооптических параметров вод // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2000. № 1. С. 163–173.

20. Protocols for Satellite Ocean Colour Data Validation: In Situ Optical Radiometry / Ed. by Zibordi G., Voss K.J., Johnson B.C., Mueller J.L. IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation, Volume 3.0, IOCCG, Dartmouth, NS, Canada. 2019. 67 p. doi:10.25607/OBP-691

21. ГОСТ 17.1.4.02-90. Вода. Методика спектрофотометрического определения хлорофилла а. ИПК. Издательство стандартов. Москва. 12 с.

22. Morel A. Optical properties of pure water and pure sea water // Optical Aspects of Oceanography / Ed. by N.G. Jerlov, E.S. Nielson. New York: Academic Press, 1974. P. 1–24.

23. Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Applied Optics. 1981. Vol. 20, № 2. P. 177–184. doi:10.1364/AO.20.000177

24. Копелевич О.В. Светорассеивающие свойства морской воды / Оптика океана. Том 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. C. 167–179.

25. Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parametrization // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. P. 13,321–13,332. doi:10.1029/95JC00463

26. Ylöstalo P., Kallio K., Seppälä J. Absorption properties of in-water constituents and their variation among various lake types in the boreal region // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 148. P. 190–205. doi:10.1016/j.rse.2014.03.023

27. Фицек Д., Мелер Й., Западка Т., Стонь­Эгерт Й. Моделирование коэффициентов поглощения света фитопланктоном в озерах Померании (северная Польша) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4.С. 54–63.

28. Корчемкина Е.Н., Мольков А.А. Региональный биооптический алгоритм для Горьковского водохранилища: первые результаты // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 3. С. 184–192. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-3-184-192

29. Оптика океана / Под ред. Монина А.С. Т. 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. 371 с.