Малопараметрические модели первичных оптических характеристик морской воды

Проведен обзор и анализ малопараметрических оптических моделей первичных гидрооптических характеристик (ПГХ). Модели подразделяются на корреляционные и структурные. Корреляционные модели устанавливают связи между значениями данной характеристики в различных точках спектра (спектральные модели) или между значениями различных ПГХ в фиксированной точке спектра. Показано, что корреляционные зависимости между показателями рассеяния, ослабления и обратного рассеяния на длине волны 550 нм справедливы для большинства прибрежных и открытых районов Мирового океана. Они, в частности, могут быть использованы для расчета параметров систем подводного наблюдения, работающих в этой области спектра. Корреляционные модели позволяют определить значения ПГХ по всему видимому спектру, если известна одна величина — показатель ослабления в точке 550 нм. Структурные модели выражают ПГХ через концентрации оптически активных веществ (ОАВ) — фитопланктона, минеральной взвеси и растворенного органического вещества. Показано, что эти модели достаточно многообразны, часто противоречивы, область их применения ограничена и точность не всегда известна. Тем не менее, они позволяют оценить диапазон возможного изменения составляющих ПГХ для заданных концентраций ОАВ.

1. Долин Л. С., Левин И. М. Справочник по теории подводного видения. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 230 c.

2. Иванов А. П. Физические основы гидрооптики. Минск: Наука и техника, 1975. 503 c.

3. Preizendorfer R. Hydrologic Optics. Honolulu: NOAA. 1976. 1750 p.

4. Иванов А. Введение в океанографию / Пер. с франц. М.: Мир, 1978. 574 c.

5. Ерлов Н. Г. Оптика моря / Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 248 c.

6. Оптика океана / Под ред. А. С. Монина. М.: Наука, 1983. Т. 1, 2. 605 c.

7. Шифрин К. С. Введение в оптику океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 278 c.

8. Dera J. Marine Physics. Elsevier. Amsterdam. 1992. 516 p.

9. Mobley C. D. Light and Water: Radiative Transfer in Natural Waters. Academic Press. San Diego. 1994. 592 p.

10. Levin I., Radomyslskaya T. Secchi disk theory: a reexamination // Current Research on Remote Sensing, laser Probing, and Imagery in Natural Waters, edited by I. M. Levin, G. D. Gilbert, V. I. Haltrin and C. Trees. Pro- ceeding of SPIE, 2007. V. 6615, 66150O. 11 p.

11. Левин И. М., Радомысльская Т. М. Оценка гидрооптических характеристик по глубине видимости диска Секки // Изв. РАН, Физика Атмосферы и Океана. 2012. Т. 48, № 2. С. 239—246.

12. Simonot J.-Y., Trout H. A. A climatological field of mean optical properties of the world ocean // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N 5. P. 6642—6652.

13. Маньковский В. И., Тимофеева В. А., Шемшура В. Е. О связях между интегральными характеристиками индикатрис рассеяния света морских и океанских вод // Оптика моря. М., 1983. С. 38—44.

14. Копелевич О. В. Оптические свойства морской воды // Оптика океана / Под ред. А. С. Монина. М.: Нау- ка, 1983. Т. 1. C. 150—234.

15. Левин И. М., Копелевич O. В. Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в спектральном диапазоне около 550 нм // Океанология. 2007. № 3. C. 374—379.

16. Levin I. M., Desa Eh., Desa El., Suresh T., Radomyslskaia T. Can the Secci depth measurements be used for determination of water inherent optical properties? // Proc. of 1 Intern. Conf. «Current Problems in Optics of Natural Waters» (ONW'2001), St.-Petersburg: D. S. Rozhdestvensky Optical Society, 2001. Р. 360—366.

17. Sydor M., Arnone R. A. Effect of suspended particulate and dissolved organic matter on remote sensing of coastal and riverine waters // Appl. Optics. 1997. V. 36, N 27. Р. 6905—6912.

18. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnol. Oceanogr. 1977. V. 22, N 4. Р. 709—722.

19. Shoonmaker J. S., Hammond R. R., Heath A. L., Cleveland J. S. A numerical model for prediction of sublittoral optical visibility // Ocean Optics XII. Bergen: Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 1994. V. 2258. Р. 685—702.

20. Levin I., Darecki M., Sagan S., Radomyslskaya T. Relationships between inherent optical properties in the Bal- tic Sea for application to the underwater imaging problem // Oceanologia. 2013. N 55(1). P. 11—26.

21. Smith R. C., Baker K. S. Optical properties of the clearest natural waters (200—800 nm) // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 2. Р. 177—184.

22. Petzold T. J. Volume scattering function for selected ocean waters. San Diego: Scripps Inst. of Oceanography. 1972. 79 p.

23. Lee Z., Carder K. L., Mobley C. D., Steward R. G., Patch J. S. Hyperspectral remote sensing for shallow wa- ters: 2. Deriving bottom depths and water properties by optimization // Applied Optics. 1999. V. 38, N 18. P. 3831—3843.

24. Gordon H. R. Dependence of the diffuse reflectance of natural waters on the sun angle // Limnol. Oceanogr. 1989. V. 34, N 8. Р. 1484—1489.

25. Gould R. W., Arnone R. A., Martinolich P. M. Spectral dependence of the scattering coefficient in case 1 and 2 waters // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 12. Р. 2377—2383.

26. Kirk J. T. O. Dependence of relationship between inherent and apparent optical properties of water on solar altitude // Limnol. Oceanogr. 1984. V. 29. Р. 350—356.

27. Sathyendranath Sh., Platt T. Analytic model of ocean color // Appl. Opt. 1997. V. 36, N 12. P. 2620—2629.

28. Morel A., Antoine D., Gentilи B. Biderectional reflectance of oceanic waters: accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 30. Р. 6289—6306.

29. Morel A., Maritorena S. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. N C4. P. 7163—7180.

30. Wozniak B., Dera J., Koblentz-Mishke O. J. Bio-optical relationships for estimating при mary production in the Ocean // Oceanologia. 1992. V. 33. Р. 5—38.

31. Копелевич О. В. Малопараметрическая модель оптических свойств морской воды // Оптика океана. М.: Наука, 1983. Т. 1. С. 208—234.

32. Kopelevich O. V. The current low-parametric models of seawater optical properties // Proc. of the I Internation- al Conference «Current Problems in Optics of Natural Waters» (ONW'2001), St.-Petersburg: D. S. Rozhdestvensky Optical Society, 2001. Р. 18—23.

33. Voss K. J. A spectral model of the beam attenuation coefficient in the ocean and coastal areas // Limnol. Oceanogr. 1992. V. 37, N 3. Р. 501—509.

34. Pope R. M., Fry E. S. Absorption spectrum (380—700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Appl.Optics. 1997. V. 36, N 33. Р. 8710—8723.

35. Barnard A. H., Pegau W. S., Zaneveld J. R. V. Global relationships of the inherent optical properties of the oceans // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N C11. Р. 24,955—24,968.

36. Prieur L., Sathyendranath S. An optical classification of coastal and oceanic waters based on the specific spec- tral absorption of phytoplankton pigments, dissolved organic matter and other particulate materials // Limnol. and Oceanogr. 1981. V. 26, N 4. P. 671—689.

37. Sathyendranath S., Prieur L., Morel A. A three-component model of ocean colour and its application to remote sensing of phytoplankton pigments in coastal waters // International J. of Remote Sensing, 1989. V. 10, N 8. P. 1373—1394.

38. Bricaud A., Babin M., Morel A., Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. of Geophysical Research. 1995. V. 100, N C7. P. 13,321—13,332.

39. Bricaud A., Morel A., Babin M., Allaly K., Claustre H. Variation of light absorption by suspended particles with chlorophyll a concentration in oceanic (case 1 waters): analysis and implications for bio-optical mod- els // J. of Geophysical Research. 1998. V. 103, N C13. P. 31,033—31,044.

40. Левин И., Дарецкий М., Ковальчук П., .Здун А., Радомысльская Т., Родионов М. Можно ли применять к Балтийскому морю известные модели оптических свойств воды? // Фундаментальная и прикладная гид- рофизика. 2012. Т. 5, N 4. С. 80—87.

41. Babin M, Stramski D., Ferrari G., Claustre H., Bricaud A., Obolensky G., Hoepffner N. Variations in the light absorption coefficients of phytoplankton, nonalgal particles, and dissolved organic matter in coastal waters around Europe // Journal of Geophysical Research. 2003. V. 108, C7. С.3211.

42. Morel A., Loisel H. Apparent optical properties of oceanic water: dependence on the molecular scattering con- tribution // Applied Optics, 1998. V. 37, N 21. P. 4765—4776.

43. Gordon H. R., Morel A. Remote assessment of ocean color for interpretation of satellite visible imagery: A re- view (Springer-Verlag), 1983.

44. Gordon H. R., Brown O. B., Evans R. H., Brown J. W., Smith R. C., Baker K. S., Clark D. K. A semianalytic radiance model of ocean color // J. of Geophysical Research. 1988. V. 93, D 2. P. 10,909—10,924.

45. Loisel H., Morel A. Light scattering and chlorophyll concentration in case 1 waters: a reexamina- tion // Limnology and Oceanography. 1998. V. 43, N 5. P. 847—858.

46. Morel A. Are the empirical relationships describing the bio-optical properties of case 1 waters consistent and internally compatible? // J. of Geophysical Research. 2009. V. 114, C01016.

47. Sathyendranath S., Cota G., Stuart V., Maass H., Platt T. Remote sensing of phytoplankton pigments: a com- parison of empirical and theoretical approaches // International Journal of Remote Sensing. 2001. V. 22, N 2, 3. P. 249—273.

48. Haltrin V. Chlorophyll-based model on seawater optical properties // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 33. P. 6826— 6832.

49. Levin I. M., Levina E. I. Effect of atmospheric interference and sensor noise in retrieval of optically active ma- terials in the ocean by hyperspectral remote sensing // Applied Optics. 2007. V. 46, N 28. P. 6896—6906.

50. Левин И. М., Левина Е. И. О погрешностях восстановления концентраций оптически активных веществ в океане // Изв. РАН. Физика Атмосферы и Океана. 2012. Т. 48, № 5. С. 608—616.