Биооптические характеристики вод средней Волги по результатам натурных измерений 2023 г.

Настоящая работа открывает цикл статей, посвященных исследованиям биооптических характеристик волжских вод в контексте создания региональных биооптических моделей, учитывающих трансформацию оптических свойств волжских вод при распространении с севера на юг. В работе представлены результаты натурных измерений, выполненных в 2023 г. на первом из исследуемых участков, а именно в акваториях Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ. Измерения выполнялись с высоким пространственным разрешением — 3 м. На различных пространственных масштабах исследованы распределения и вариации различных гидрооптических и гидрологических характеристик, включая спектры яркости воды и синхронизованные с ними данные о содержании растворенных и взвешенных веществ, определяющих ее цвет (хлорофилл а, взвесь), а также сопутствующие данные о температуре воды, электропроводности, солености, содержании растворенного кислорода, скорости и направлении течения. Оценено влияние различных притоков Волги, в том числе показана сезонная изменчивость биооптических характеристик в областях слияния Волги и Оки, Волги и Камы. Даны кросскорреляционные оценки. Полученные результаты расширяют представление об исследуемой акватории и будут использованы при анализе спутниковых данных высокого пространственного разрешения и разработке биооптических моделей.

1. Global Environment Monitoring System for Freshwater. URL: https://ceowatermandate.org/resources/global-environment-monitoring-system-for-freshwater-2019/ (дата обращения: 12.11.2023)

2. USGS Water Resources Mission Area. URL: https://www.usgs.gov/mission-areas/water-resources (дата обращения: 12.11.2023)

3. Water Framework Directive. URL:https://environment.ec.europa.eu/topics/water/water-framework-directive_en (дата обращения: 12.11.2023)

4. The United Nations Decade of Ocean Science for Sustainable Development. URL: https://oceandecade.org/ru/news/ocean-decade-unveils-new-set-of-endorsed-actions-on-all-continents/ (дата обращения: 12.11.2023)

5. Ferreira J.G., Vale C., Soares C.V., Salas F., Stacey P.E., Bricker S.B., Silva M.C., Marques J.C. Monitoring of coastal and transitional waters under the E.U. water framework directive. // Environmental monitoring and assessment. 2007. Vol. 135. P. 195–216. https://doi.org/10.1007/s10661-007-9643-0

6. 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, No. 1. P. 64. https://doi.org/10.3390/rs11010064

7. Adjovu G.E., Stephen H., James D., Ahmad S. Overview of the application of remote sensing in effective monitoring of water quality parameters // Remote Sensing. 2023. Vol. 15, No. 7. P. 1938. https://doi.org/10.3390/rs15071938

8. Национальный проект «Экология» (2019–2024 гг.) URL: https://xn-80aapampemcchfmo7a3c9ehj.xn—p1ai/projects/ekologiya/ (дата обращения: 12.11.2023)

9. Федеральный проект «Вода России». URL: https://voda.org.ru/ (дата обращения: 12.11.2023)

10. Государственная программа Российской Федерации «Охрана окружающей среды». URL: http://government.ru/rugovclassifier/874/events/ (дата обращения: 12.11.2023)

11. Soomets T., Uudeberg K., Jakovels D., Zagars M., Reinart A., Brauns A., Kutser T. Comparison of Lake Optical Water Types Derived from Sentinel-2 and Sentinel-3 // Remote Sensing. 2019. Vol. 11, No. 23. P. 2883. https://doi.org/10.3390/rs11232883

12. Pahlevan N., Smith B., Schalles J., Binding C., Cao Z., Ma R., Alikas K., Kangro K., Gurlin D., Hà N., Matsushita B., Moses W., Greb S., Lehmann M.K., Ondrusek M., Oppelt N., Stumpf R. Seamless retrievals of chlorophyll-a from Sentinel-2 (MSI) and Sentinel-3 (OLCI) in inland and coastal waters: A machine-learning approach // Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 240. P. 111604. doi.org/10.1016/j.rse.2019.111604

13. Буторин Н.В. О прозрачности и мутности воды Горьковского водохранилища // Труды Института биологии водохранилищ. 1959. Т. 2, № 5. С. 204–211.

14. Куйбышевское водохранилище / Под ред. Монакова А.В. Л.: Наука, 1983. 213с.

15. Шитиков В.К., Выхристюк Л.А., Паутова В.Н., Зинченко Т.Д. Комплексное экологическое районирование Куйбышевского водохранилища // Водные ресурсы. 2007. Т. 34, № 4. С. 481–489.

16. Буторин Н.В. Гидрологические процессы и динамика водных масс в водохранилищах Волжского каскада. Л.: Наука, 1969. 322 с.

17. Минеева Н.М. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги / Отв. ред. А.И. Копылов. Ярославль: Принтхаус, 2009. 279 с.

18. Корнева Л.Г. Современное состояние фитопланктона водохранилищ Верхней Волги // Биологические ресурсы, их сохранение и использование / Под ред. В.П. Семерного. Ярославль: ЯрГУ, 1999. С. 81–91.

19. Селезнева К.В., Селезнева А.В., Селезнев В.А. Влияние массового развития цианобактерий на формирование качества воды куйбышевского водохранилища (проблема и пути решения) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2023. Т. 25, № 5. С. 164–174. doi:10.37313/1990-5378-2023-25-5-164-174

20. Мингазова Н.М., Набеева Э.Г., Чебан Е.Ю., Павлова Л.Р., Яковлева Е., Путинцев Р., Мак Кироа К.А., Сиво Л., Шавалиева А. Гидрохимическая характеристика Куйбышевского водохранилища (по материалам экспедиции «Плавучий Университет» // Проблемы экологии Волжского бассейна. 2021. С. 22–22.

21. Эдельштейн К.К. Динамика водной массы речной части Горьковского водохранилища / Динамика водных масс водохранилищ. Л.: Изд-во АН СССР, 1965. С. 39–44.

22. Palmer S.C., Pelevin V.V., Goncharenko I.V., Kovács A., Zlinszky A., Présing M., Horváth H., Nicolás­Perea V., Balzter H., Tóth V. Ultraviolet Fluorescence Lidar (UFL) as a Measurement Tool for Water Quality Parameters in Turbid Lake Conditions // Remote Sensing. 2013. Vol. 5. P. 4405–4422. doi.org/10.3390/rs5094405

23. 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, № 4. С. 704–711. doi:10.7868/S0030157414040066

24. Mueller J.L., Bidigare R.R., Trees C., Balch W.M., Dore J., Drapeau D.T., Karl D., Van Heukelem L., Perl J. Ocean Optics Protocols For Satellite Ocean Color Sensor Validation, Revision 5, Volume 5: Biogeochemical and Bio-Optical Measurements and Data Analysis Protocols // Greenbelt, MD. Goddard Space Flight Space Center. 2003. P. 5–24. doi:10.25607/OBP-67

25. Kessler N., Armoza­Zvuloni R., Wang S., Basu S., Weber P.K., Stuart R.K., Shaked Y. Selective collection of iron-rich dust particles by natural Trichodesmium colonies // The ISME Journal. 2020. Vol. 14. P. 91–103. doi:10.1038/s41396-019-0505-x

26. Рабинович Е. Фотосинтез. Т. 1. / пер. с англ. Н.Д. Леонова, под ред. и с предисл. А.А. Ничипоровича. М.: Издво иностр. лит., 1951. 648 с.

27. Molkov A., Kapustin I., Grechushnikova M., Dobrokhotova D., Leshchev G., Vodeneeva E., Sharagina E., Kolesnikov A. Investigation of Water Dynamics Nearby Hydroelectric Power Plant of the Gorky Reservoir onWater Environment: Case Study of 2022 // Water. 2023. Vol. 15. P. 3070. doi:10.3390/w15173070

28. Немировская И.А. Насколько загрязнена Волга // Природа. № 4. 2011. С. 36–44.

29. Hansen C.H., Burian S.J., Dennison P.E., Williams G.P. Spatiotemporal Variability of Lake Water Quality in the Context of Remote Sensing Models // Remote Sensing. 2017. Vol. 9. P. 409. doi:10.3390/rs9050409

30. Molkov A., Fedorov S., Pelevin V. Toward Atmospheric Correction Algorithms for Sentinel-3/OLCI Images of Productive Waters // Remote Sensing. 2022. Vol. 14. P. 3663. doi:10.3390/rs14153663