Estimation of organic and suspended matter content by optical measurements in Black Sea research cruises in 2016

The results of the beam attenuation coefficient measurements in the shelf and depth areas of Black Sea obtained during two cruises of R/V “Professor Vodyanitsky” in July and October 2016 are discussed. The methods of determining the concentration and scattering of suspended matter and absorption of dissolved organic matter in seawater are presented. The methods include empirical and analytical calculations based on measurements of the beam attenuation coefficient in four spectral channels, calculations of suspended matter backscattering and dissolved organic matter absorption from satellite measurements in the visible spectral range. A method allowing to obtain estimates of dissolved organic and suspended matter content using beam attenuation coefficient measurements in two spectral channels is proposed. Retrieved spatial distributions of suspended matter backscattering and dissolved organic matter absorption from satellite data are in good agreement with in situ measurements. There is a high correlation between the values calculated by contact and satellite data. The basic characteristics of suspended matter and dissolved organic matter calculated for two research cruises are presented. Results of this work represent the spatial and temporal variability of the primary hydrooptical characteristics of the investigated area. Considered methods make possible to assess the composition, bio-productivity and ecological state of waters.

1. Маньковский В. И., Соловьев М. В., Маньковская Е. В. Гидрооптические характеристики Черного моря. Справочник. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2009. 90 с.

2. Латушкин А. А. Многоканальный измеритель коэффициента ослабления света для проведения океанографических подспутниковых исследований // Материалы междун. науч.-техн. конфер. молодых уч., аспир. и студ. «Современные технологии проектирования управляющих и мехатронных систем». Севастополь: Изд. СевНТУ, 2013. С. 231—236.

3. Корчемкина Е. Н., Латушкин А. А. Определение концентраций растворенного органического вещества и взвеси по спектральному показателю ослабления направленного света // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2016. №3. С. 44—48.

4. Маньковский В. И., Соловьев М. В. О возможности восстановления спектрального распределения показателя ослабления излучения в поверхностных водах Черного моря по измерениям на одной длине волны // Системы контроля окружающей среды. 1999. С. 119—124.

5. Pope R. M., Fry E. S. Absorption spectrum 380–700 nm of pure water. II. Integrating cavity measurements // Appl. Opt. 1997. V. 36(33). P. 8710—8723.

6. Churilova T. Y., Suslin V. V., Berseneva G. P., Pryahina S. F. Parameterization of light absorption by phytoplankton, nonalgal particles and coloured dissolved organic matter in the Black Sea // Proc. IV Intern. Conf. «Current Problems in Optics of Natural Waters». Nizhny Novgorod, 2007. P. 70—74.

7. Оптика океана. Т.1. Физическая оптика океана. Гл. 8. / Отв. ред. А. С. Монин. М.: Наука, 1983. 372 с.

8. Корчемкина Е. Н., Шибанов Е. Е., Ли М. Е. Усовершенствование методики атмосферной коррекции для дистанционных исследований прибрежных вод Черного моря // Исследование Земли из космоса. 2009. № 6. С. 24—30.

9. 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. C. 17—33.

10. Шибанов Е. Б. Численный метод решения уравнения переноса. Коэффициенты отражения и пропускания оптически тонкого плоскопараллельного слоя // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 3. C. 62—71.

11. 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, С7. P. 13,321—13,332.

12. Chami M., Shybanov E. B., Churilova T. Y., Khomenko G. A., Lee M. E.-G., Martynov O. V., Berseneva G. A., Korotaev G. K. Optical properties of the particles in the Crimea coastal waters (Black Sea) // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, C11020.

13. Копелевич О. В., Шеберстов С. В., Салинг И. В., Вазюля С. В., Буренков В. И. Сезонная и межгодовая изменчивость биооптических характеристик вод поверхностного слоя Баренцева, Белого, Черного и Каспийского морей по спутниковым данным // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 1. С. 7—16.

14. Суслин В. В., Чурилова Т. Я., Джулай А. А., Мончева С., Слабакова В., Кривенко О. В., Ефимова Т. В., Салюк П. А. Региональный алгоритм восстановления концентрации хлорофилла «а» и коэффициента поглощения света неживым органическим веществом на длине волны 490 нм в Черном море для спектральных каналов цветовых сканеров MODIS и MERIS // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2014. № 28. С. 303—319.

15. Twardowski M. S., Boss E., Macdonald J. B., Pegau W. S., Barnard A. H., Zaneveld J.R.V. A model for estimating bulk refractive index from the optical backscattering ratio and the implications for understanding particle composition in case I and case II waters // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, C7. P. 14,129—14,142.