Получены горизонтальные и вертикальные распределения концентрации хлорофилла-а (Кхл) по маршруту 79-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Атлантическом океане в декабре 2019—январе 2020 г. Анализ данных наблюдений проводился для биогеохимических провинций, определяемых различными гидрометеорологическими условиями, при которых развивались фитопланктонные сообщества.

Применялось три метода измерений Кхл: стандартный экстрактный метод на пробах морской воды, флуориметрические измерения в проточной системе на ходу судна на глубине 5 м и погружные флуориметрические in-situ измерения на станциях. Использовались измерения температуры и солености морской воды в проточной системе, CTD зондирования и буёв АРГО, а также данные измерений оптического зонда.

Наибольшие значения Кхл в приповерхностном слое океана наблюдаются в зонах дивергенции, в системах Канарского апвеллинга (CNRY) (1,3 мг/м³) и Фолклендского (Мальвинского) течения (4,8 мг/м³), а также в проливе Дрейка (1,2 мг/м³). Наименьшие значения Кхл (0,01–0,12 мг/м³) наблюдаются в тропических, экваториальных районах и в Южно-Атлантическом субтропическом антициклоническом круговороте (SASTG) по маршруту судна.

Обнаружены вертикальные профили Кхл с отсутствующим выраженным максимумом Кхл. В районе CNRY значение Кхл мало изменялось с глубиной во всей эвфотической зоне. А в районе Антарктического циркумполярного течения в проливе Дрейка и в основной струе Фолклендского течения наблюдались квазиоднородные профили Кхл до глубины почти в 2 раза превышающей глубину эвфотической зоны.

В профилях с выраженным локальным максимумом Кхл наибольшее значение 3,5 мг/м³ наблюдается на глубине около 12 м в районе апвеллинга на Патагонском шельфе. В других районах глубина залегания максимума Кхл (0,2– 0,9 мг/м³) варьируется в широких пределах от 25 до 120 м. В западной части района SASTG обнаружены абсолютные максимумы Кхл на глубине 120 м, что ниже эвфотической зоны до 100 м.

Предложен метод получения информации о солености Азовского моря, основанный на совместном использовании данных контактных и дистанционных наблюдений. Подход к восстановлению полей солености Азовского моря основан на получении обобщенных регрессионных уравнений связывающих архивные данные in situ с региональными биооптическими параметрами, полученным по стандартным продуктам второго уровня MODIS. Проведенный анализ показал возможность использования различных подходов при получения обобщенных эмпирических (регрессионных) уравнений для весеннего и летнего сезонов, различия в которых составляют ~10 %. Результаты восстановленных значений солености верифицированы по данным in situ. Установлено, что графики средних значений восстановленной солености находятся в области 95 % доверительных полос современных среднемноголетних трендов 1986–2018 и 2000– 2018 гг. Показана возможность использования результатов предложенного метода при построении пространственных карт солености Азовского моря, синхронизированных по времени со спутниковыми снимками.

Для корректной интерпретации результатов измерений спектрально-угловой структуры однократно рассеянного света в природной и в искусственной воде высокой прозрачности ставилась задача аналитически и экспериментально определить влияние изменения дисперсного состава взвешенных частиц на спектральные свойства рассеяния света в малых углах, Считалось, что в воде всегда существует определенная корреляция в положениях рассеивающих центров, вследствие чего индикатриса рассеяния света водой имеет острый пик в нуле градусов. На основе алгоритмов то теории Ми рассчитывались суммы интенсивностей и амплитуд рассеяния света полидисперсной взвесью со степенным законом распределения частиц, максимальный размер которых варьировался. Квадрат суммы амплитуд рассеяния сопоставлялся с величиной классического слагаемого. Показано, что в коротковолновой области видимого диапазона спектра с увеличением максимального радиуса частиц, начиная примерно с 0,2 мкм, происходит существенная компенсация эффекта пространственной корреляции частиц. Причем вклад дополнительного слагаемого сильнее уменьшается в области больших углов рассеяния. Измерены спектральные свойства рассеяния света морской водой при последовательной фильтрации через нуклеопоровые фильтры с диаметром пор 2, 1, 0,45 мкм. Анализировалась область углов рассеяния от 6 до 90°. Брались пробы воды с поверхности Черного моря. Относительная прозрачность морской воды варьировалась от 16 до 19 м. Было обнаружено, что после фильтрации через фильтр с порами d = 1 мкм появляются спектральные особенности рассеяния света, с выраженным характерным минимумом спектральной кривой в окрестности 30°. Наиболее отчетливо эффект проявлялся на следующем этапе фильтрации, т. е. при d = 0,45 мкм. Показано, что угловая зависимость показателя степени спектрального наклона, полученного в результате обработки экспериментальных данных, соответствует теоретическим предсказаниям.

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.

Представлены результаты исследований взвешенных веществ, проведенных в 80-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» в августе 2020 года в желобе Франц-Виктория и вблизи него, на севере Баренцева моря. Были выполнены два перпендикулярных разреза на которых проведены 7 тыс. измерений объемной концентрации и гранулометрического состава взвеси на 15-ти станциях при помощи малоуглового лазерного дифрактометра LISST-Deep, работающего в красном диапазоне с длиной волны 670 нм. Погодные условия во время экспедиции позволили продлить продольный разрез по желобу вплоть до южной части котловины Нансена. Объемная концентрация взвеси изменялась до 7,58 мкл/л в продуктивном слое и от 0,2 до 0,5 мкл/л в придонном. Проанализирован гранулометрический состав взвеси по трем её фракциям — пелитовой и мелкоалевритовой, крупноалевритовой, песчаной в зависимости от глубины горизонта и суммарной объемной концентрации. Показаны возможности рассматриваемого метода для построения вертикальных профилей гранулометрического состава взвеси. Также проведено сравнение одного из разрезов с результатами измерений батометрических проб кондуктометрическим методом на счетчике Коултера.

Исследование было проведено на основе результатов измерения концентрации хлорофилла-а (TChl-a), спектральных показателей поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным веществом (NAP) и окрашенным растворенным органическим веществом (CDOM) в южной части Азовского моря в разные сезоны в период 2016–2020 гг. Получены новые для Азовского моря данные о вариабельности спектральных показателей поглощения света всеми оптически активными компонентами среды. Показана высокая (более чем на порядок) вариабельность всех исследованных показателей. В сезонной динамике TChl-a отмечены максимумы в зимнее и летнее время. Установлена связь между поглощением света фитопланктоном и TChl-a, которая описывается степенной зависимостью. Выявлены значительные сезонные различия (в два и более раза) между коэффициентами в уравнении параметризации поглощения света фитопланктоном. Выполнена параметризация поглощения света NAP и CDOM, установлены диапазоны вариабельности значений показателей поглощения света и экспоненциального наклона спектров, выявлена их сезонная динамика. Показано, что изменение показателей поглощения света NAP и CDOM в течение года имело обратный характер в сравнении с годовым циклом TChl-a. Увеличение показателей поглощения NAP и CDOM наблюдалось после цветения фитопланктона, когда величины TChl-a уменьшались. Относительный вклад фитопланктона, NAP и CDOM в общее поглощение света взвешенным и растворенным веществом на длине волны 440 значительно варьировал в течение года. Доля фитопланктона была максимальной зимой и летом, а весной и осенью максимальный вклад в поглощение приходился на CDOM и NAP.

Представлены результаты проверки возможности использования эмпирических ортогональных функций для разработки алгоритмов оценки концентрации хлорофилла-а и взвеси, биомассы цианобактерий в восточной части Финского залива. Для разработки алгоритмов использовался массив данных натурных измерений коэффициента яркости водной толщи 2012–2014 гг., проведенных одновременно с  прямыми определениями биооптических характеристик. Оказалось, что в случае концентрации хлорофилла-а и взвеси, такие алгоритмы можно создать не только при использовании гиперспектральных коэффициентов яркости моря, но и для спектральных каналов спутниковых сканеров цвета MODIS и OLCI. Для оценки биомассы цианобактерий методика применения эмпирических ортогональных функций в  случае использования спутниковых каналов неприменима. Было также проведено исследование возможности исключения из расчетов коротковолновых каналов MODIS, наиболее подверженных ошибкам атмосферной коррекции. Оказалось, что концентрация хлорофилла-а, более чувствительна к таким изменениям, чем концентрация взвеси. Валидация по данным MODIS показала, что алгоритмы с использованием эмпирических ортогональных функций, дают результаты не хуже, чем регрессионные.

Выполнена комплексная обработка данных судовой лидарной съемки прибрежных районов Черного моря, в которых ранее с использованием контактных и спутниковых методов наблюдались короткопериодные внутренние волны. В качестве источника зондирующих линейно-поляризованных лазерных импульсов в лидаре использован твердотельный лазер с диодной накачкой активного элемента АИГ: Nd с импульсной мощностью 20 мДж на длине волны 532 нм и длительностью 7 нс. В ходе лидарной съемки регистрировались ко- и кросс-поляризованная компонента эхо-сигнала. При обработке использовалась в основном кросс-поляризованная компонента эхо-сигнала в силу её большей чувствительности к различного рода неоднородностям распределения гидрооптических характеристик с глубиной. Цель обработки — выявление квазипериодических структур в пространственном распределении характеристик лидарных эхо-сигналов, обусловленных распространением короткопериодных внутренних волн. В работе использовано три метода обработки: аппроксимационный метод, метод вейвлет-анализа и  метод Гильберта-Хуанга. Обработан большой массив данных, полученных в результате 50 часов лидарной съемки. Выявлено три шестидесятиминутных трека, содержащих квазипериодические структуры. Результаты, полученные с использованием трех методов обработки, хорошо согласуются между собой и  позволяют получить наиболее полную информацию о  параметрах исследуемых процессов. Параметры зарегистрированных квазипериодических процессов характерны для внутренних волн, наблюдаемых в прибрежных районах Черного моря. В дальнейшем при обработке большого объема данных лидарного зондирования целесообразно на первом этапе проводить быструю обработку автоматизированными спектральными методами, а детальную обработку аппроксимационным методом проводить только для тех участков съемки, на которых выявлены квазипериодические процессы.

Отмечено, что высокую инструментальную точность современных морских спектрофотометров трудно реализовать из-за больших методических погрешностей, обусловленных волнением на поверхности моря погодными условиями и геометрией освещения. Предложен устраняющий недостатки двухлучевой спектрофотометр на основе использования многоканального фотоумножителя. Описывается конструкция и принцип работы спектрофотометра, разработанного на основе компактного светосильного монохроматора и фотометрического блока, в котором располагаются каналы яркости восходящего излучения и облученности поверхности моря. С целью уменьшения методических погрешностей в приборе вместо абсолютных измерений световых потоков производится их сравнение в дифференциальном фотометре. Применение дифференциального фотометра, измеряющего спектральный коэффициент яркости, позволяет значительно повысить точность измерений, т.к. не требует абсолютной калибровки оптических каналов. Использование многоканального фотоумножителя приводит к  дополнительному уменьшению методических погрешностей путем сокращения времени измерений спектрального коэффициента яркости моря, что предоставляет возможность в большом по объему массиве данных выделить достаточное количество спектров без помех от волнения и условий освещения. Оцифровка сигналов фотоумножителя производится с помощью малогабаритного USB-модуля АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода. На вход модуля поступают усиленные сигналы с фотокатодов, выход модуля посредством стандартного кабеля подключается к USB-входу компьютера, регистрирующего сигналы и управляющего работой спектрофотометра.

Исследовано влияние взволнованной поверхности на разрешающую способность систем видения, использующих для подсветки узкие модулированные пучки. Сформулированы соотношения, связывающие комплексные амплитуды волн фотонной плотности, распространяющихся через взволнованную границу и слой воды, с основными параметрами задачи. Эти соотношения учитывают конечную высоту волн и изменение длины траекторий фотонов при случайном преломлении лучей при вхождении в воду Введены усредненные по ансамблю реализаций поверхностного волнения оптическая передаточная функция взволнованной поверхности и функция рассеяния пучка. Исследованы зависимости этих функций от интегральных параметров волнения — дисперсии возвышений и дисперсии уклонов. Выполнены оценки вкладов поверхностного волнения и слоя воды в формирование оптических передаточных функций и в общий уровень сигнала от подводного объекта при его наблюдении с применением волн фотонной плотности. Показано, что в некотором диапазоне глубин, пространственных частот и частот модуляции пучка подсветки системы с применением волн фотонной плотности могут иметь преимущества перед системами со стационарной подсветкой.

Статья посвящена памяти Олега Викторовича Копелевича — доктора физико-математических наук, более 50-ти лет проводившего исследования в области оптики океана и более 30-ти лет руководившего Лабораторией оптики океана Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. В работе представлены основные результаты, полученные О.В. Копелевичем в  разных разделах оптики океана. На первом этапе научной деятельности Олег Викторович занимался исследованием светорассеяния в  морской воде. По результатам, полученным в  океанских экспедициях, было выделено четыре типа индикатрис. Впоследствии О.В. Копелевич разработал малопараметрическую модель первичных оптических характеристик морской воды. С конца 1970-х гг. важное место в его работах занимает разработка спутниковых методов исследования океана, в частности создание и совершенствование региональных биооптических алгоритмов. Использование этих алгоритмов для акваторий морей России стало основой для создания Атласа биооптических характеристик, регулярно издававшегося с 2002 г. Итог использования региональных алгоритмов подведен в коллективной монографии, изданной в 2018 г. Кроме того, О.В. Копелевич внес вклад в исследования световых полей и влияющих на них факторов — облачного покрова и массовых цветений фитопланктона.