Связь биооптических параметров вод Черного моря с характеристиками коэффициента яркости весной 2019 года

Представлен анализ натурных измерений спектрального коэффициента яркости Черного моря и  рассчитанных по нему биооптических и цветовых характеристик, а также концентраций хлорофилла-а и глубины видимости белого диска. Для различных по своим особенностям районов Черного моря представлены осредненные значения рассчитанных характеристик: эффективной и доминирующей длины волны в спектре излучения моря, чистоты цвета воды. При помощи разработанного ранее биооптического алгоритма рассчитаны концентрация хлорофилла-а, поглощение растворенным органическим веществом, обратное рассеяние взвесью, показатель вертикального ослабления света. Установлены обратные зависимости между глубиной видимости белого диска и коэффициентом яркости в максимуме, а также между глубиной видимости белого диска и доминирующей длиной волны. Получены линейные связи между концентрацией хлорофилла-а в поверхностном слое моря и эффективной и доминирующей длиной волны с высокими коэффициентами корреляции. Также установлена значимая связь между концентрацией хлорофилла-а и максимумом спектра коэффициента яркости. Среди корреляционных связей биооптических параметров с цветовыми характеристиками высокая корреляция наблюдается между показателем вертикального ослабления света и чистотой цвета. Рассчитанные по данным спектрального коэффициента яркости с применением полуаналитического алгоритма концентрации хлорофилла-а достаточно хорошо согласуются с данными натурных измерений. Сравнение расчетных и измеренных концентраций хлорофилла-а со спутниковыми продуктами оптических сканеров моря показывает завышение концентраций хлорофилла-а спутниковыми алгоритмами обработки данных. Полученные корреляционные связи могут применяться в дальнейшем для оценки биооптических параметров в северной части Черного моря.

1. Garaba S.P., Friedrichs A., Voß D., Zielinski O. Classifying Natural Waters with the Forel-Ule Colour Index System: Results, Applications, Correlations and Crowdsourcing // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2015. Vol. 12. P. 16096–16109. doi:10.3390/ijerph121215044

2. Woźniak S.B., Darecki M., Sagan S. Empirical formulas for estimating backscattering and absorption coefficients in complex waters from remote-sensing reflectance spectra and examples of their application // Sensors. 2019. Vol. 19. P. 4043. doi:10.3390/s19184043

3. Van der Woerd H.J., Wernand M.R. Hue-angle product for low to medium spatial resolution optical satellite sensors // Remote Sensing. 2018. Vol. 10, N 2. P. 180. doi:10.3390/rs10020180

4. Woerd H.J.v.d., Wernand M.R. True colour classification of natural waters with medium-spectral resolution satellites: SeaWiFS, MODIS, MERIS and OLCI // Sensors. 2015. Vol. 15, N 10. P. 25663–25680. doi:10.3390/s151025663

5. Маньковский В.И. Цветовые характеристики вод и их корреляции с относительной прозрачностью // Океанология. 2017. Т. 57, № 5. C. 679–682. doi:10.7868/S003015741705001X

6. Maritorena S., Siegel D.A., Peterson A.R. Optimization of a semianalytical ocean color model for global-scale applications // Applied Optics. 2002. Vol. 41, N 15. P. 2705–2714. doi:10.1364/ao.41.002705

7. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnology and Oceanography. 1977. Vol. 22. P. 709–722. doi:10.4319/lo.1977.22.4.0709

8. 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

9. Определение относительной прозрачности и цвета морской воды // Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. C. 299–303.

10. O’Reilly J.E., Maritorena S., Mitchell B.G., Siegel D.A., Carder K.L., Garver S.A., Kahru M., McClain C.R. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS // Journal of Geophysical Research. 1998. Vol. 103. P. 24937–24953. doi:10.1029/98JC02160

11. Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200–800 nm) // Applied Optics. 1981. Vol. 20. P. 177–184. doi:10.1364/AO.20.000177

12. 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. Art. 90. doi:10.3389/fmars.2017.00090

13. Оптика океана / Под ред. Монина А.С. Т. 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. 371 с.; Т. 2. Прикладная оптика океана. М.: Наука, 1983. 236 с.

14. Churilova T., Moiseeva N., Efimova T., Suslin V., Krivenko O., Zemlianskaia E. Annual variability in light absorption by particles and colored dissolved organic matter in the Crimean coastal waters (the Black Sea) // Proceedings of SPIE23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, Irkutsk, Russia, 30 November 2017 (104664B). doi:10.1117/12.2288339

15. Шифрин К.С. Глубина видимости белого диска и цвет моря // Введение в оптику океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. C. 23–30.

16. Smith T., Guild J. The C.I.E. colorimetric standards and their use // Transactions of the Optical Society. 1931. Vol. 33, N 3. P. 73–134. doi:10.1088/1475–4878/33/3/301

17. Отчет о работах в 106-м рейсе НИС «Профессор Водяницкий» (18 апреля — 13 мая 2019 г.). Севастополь: Минобрнауки РФ, ФИЦ ИнБЮМ, ФГБУН ФИЦ МГИ. 2020. С. 110–123.

18. Ерлов Н.Г. Оптика моря. Л: Гидрометеоиздат, 1980. С. 148–156.

19. Маньковский В.И., Толкаченко Г.А., Шибанов Е.Б., Мартынов О.В., Корчемкина Е.Н., Яковлева Д.В., Калинский И.А. Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 3. С. 52–74.

20. Урденко В.А., Халтурин В.И., Афонин Е.И. Эмпирические взаимосвязи между гидрооптическими и биологическими характеристиками и параметрами светового поля // Дистанционное зондирование моря с учетом атмосферы / Под ред. В.А. Урденко, Г. Циммермана. Берлин: Ин-т космич. иссл. АН ГДР, 1985. С. 209–250.

21. Суслин В.В., Чурилова Т.Я., Ли М.Е., Мончева С., Финенко З.З. Концентрация хлорофилла-а в Черном море: сравнение спутниковых алгоритмов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 3. С. 64–72. doi:10.7868/S2073667318030085