Концентрация хлорофилла-а в Черном море: сравнение спутниковых алгоритмов

Для Черного моря проведено сравнение трех алгоритмов, стандартного NASA, Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН и Морского гидрофизического института РАН, восстановления концентрации хлорофилла-а (С_а) по данным спутниковых измерений в видимом диапазоне спектра на основе доступных измерений in situ за период с 1997 по 2015 гг. Результаты сравнения для трех спутниковых сканеров SeaWiFS, MODISAqua и MODIS-Terra показали: 1) стандартный продукт NASA завышает С_а во всем его диапазоне изменчивости в Чёрном море, причём величина относительной ошибки составляет около 300 %; 2) продукт Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН аппроксимируется в логарифмических осях {С_а(in situ), С_а(алгоритм)} прямой, которая имеет такой же наклон, как и аналогичная аппроксимация стандартного продукта NASA, но, благодаря сдвигу в диапазоне С_а от 0.2 до 0.9 мг∙м⁻³, лучше соответствует наблюдениям в терминах относительной ошибки (~80 %); 3) продукт Морского гидрофизического института дает наименьшую относительную ошибку (~40 %), но обладает высокой чувствительностью к качеству спектрального коэффициента моря (R_RS), т. е. к отношению R_RS в двух спектральных каналах из диапазона 480—560 нм.

1. Финенко З. З. и др. Оценка продуктивности фитопланктона Черного моря по спутниковым данным // Доклады Академии наук. 2010. Т. 432, № 6. С. 845—848.

2. Dorofeev V. et al. The My Ocean Black Sea coupling of dynamics and ecosystem // Mercator Ocean Quarterly Newsletter. January 2011. N 40. P. 26—35.

3. O'Reilly J. E. et al. SeaWiFSPostlaunch Calibration and Validation Analyses, Part 3 // NASA Tech. Memo. 2000-206892. 2000. V. 11, S. B. Hooker and E. R. Firestone, Eds., NASA Goddard Space Flight Center. 49 p.

4. Kopelevich O. V. et al. Application of SeaWiFS data for studing variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian Seas // Deep-Sea Research. Part II: Tropical Studies in Oceanography. 2004. V. 51, N 10—11. P. 1063—1091.

5. 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 // International Journal of Remote Sensing. 2016. V. 37, N 18. Р. 4380—4400. http://doi.org/10.1080/01431161.2016.1211350.

6. Суетин В. С. и др. Оценка изменчивости оптических свойств воды в Черном море летом 1998 года по данным спутникового прибора SeaWiFS // Морской гидрофизический журнал. 2002. № 6. С. 44—54.

7. Суетин В. С. и др. Уточненная интерпретация данных наблюдений Черного моря спутниковым прибором SeaWiFS осенью 1998 г. // Морской гидрофизический журнал. 2008. № 2. С. 68—77.

8. Суслин В. В. и др. Региональный алгоритм расчета концентрации хлорофилла-а в Черном море по спутниковым данным SeaWiFS // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 2. С. 24—42.

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

10. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. SeaBASS. https://seabass.gsfc.nasa.gov/search (Date of access: 14.10.2017).

11. Oguz T., Ediger D. Comparision of in situ and satellite-derived chlorophyll pigment concentrations, and impact of phytoplankton bloom on the suboxic layer structure in the western Black Sea during May–June 2001 // Deep-Sea Research II. 2006. V. 53. P. 1923—1933.

12. Mitchell B. G. et al. Determination of spectral absorption coefficients of particles, dissolved materials and phytoplankton for discrete water samples. Ocean Optics Protocols for Satellite Ocean Color Sensor Validation, 4(4), Inherent Optical Properties: Instruments, Characterization, Field Measurements and Data Analysis Protocols // NASA Tech. Rep. 2003-211621, Goddard Space Flight Cent., Greenbelt, Md. 2003. P. 39—64. URL: https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/docs/technical/protocols_ver4_voliv.pdf (Дата обращения: 12.09.2017)

13. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group; (2014): Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) Ocean Color Data, NASA OB.DAAC. http://doi.org/10.5067/ORBVIEW-2/SEAWIFS_OC.2014.0 (Date of access: 14.10.2017).

14. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Aqua Ocean Color Data; 2014 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. doi: 10.5067/AQUA/MODIS_OC.2014.0.

15. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Terra Ocean Color Data; 2014 Reprocessing. NASA OB.DAAC, Greenbelt, MD, USA. doi: 10.5067/TERRA/MODIS_OC.2014.0. Accessed on 14.10.207.

16. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Remote Sensing Reflectance (Rrs). https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/atbd/rrs/ (Date of access: 10.05.2017).

17. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Chlorophyll a (chlor_a)/Algorithm Description, https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/atbd/chlor_a/ (Date of access: 14.10.2017).

18. NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group. Level 2 Ocean Color Flags; flags which will exclude data are listed under «L3 Mask Default». https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/atbd/ocl2flags/ (Date of access: 14.10.2017).

19. Suslin V. V., Gurov K. I. Impact of optically active layers in the Black Sea on the quality of retrieved ocean color products: modeling and satellite observations // Proc. SPIE 10466, 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 104663K (30 November 2017); doi: 10.1117/12.2287386; http://doi.org/10.1117/12.2287386.

20. Калинская Д. В., Суслин В. В. Простой метод определения источников приземного аэрозоля на основе результатов анализа обратных траекторий // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 1. С. 59—67.