Представлены сравнительные оценки основных составляющих баланса фотосинтетически активной радиации (ФАР) (падающей, отраженной и вышедшей из водной толщи) и объемного поглощения солнечного излучения в приповерхностном слое в Баренцевом, Черном, Карском и Белом морях по данным судовых и спутниковых измерений. Оптические свойства вод значительно различались, в частности, показатель диффузного ослабления подводной облученности K_d(555) изменялся приблизительно от 0.13 м^–1 до 0.42 м^–1. Эти различия обусловливали существенную разницу в составляющих баланса ФАР в разных морях. Совпадение оценок характеристик проникновения солнечной радиации по судовым и спутниковым данным в приповерхностном слое вполне удовлетворительное.

Приведены результаты исследований пространственной корреляции оптических неоднородностей атмосферы над Черным морем. Измерения проводились с помощью двух разнесенных в пространстве солнечных фотометров. Оценка пространственного радиуса корреляции полей аэрозоля составила около 160 км. При таком радиусе пространственной корреляции возможность правильной атмосферной коррекции по всей акватории Черного моря по результатам измерений оптических характеристик атмосферы в одной точке не представляется реальной. На конкретных примерах показана возможность обнаружения различных типов аэрозолей над морем с помощью портативных фотометров. Даны рекомендации по их использованию в подспутниковых экспериментах.

Одно из принципиальных преимуществ планеров – обеспечение ими измерений с высоким разрешением в малых временных и пространственных масштабах. Они автономно работают 24 ч в сутки 7 дней в неделю при любой погоде и любом состоянии моря, увеличивают количество измерений в сутки (судовые измерения обеспечивают 87 профилей в день, а планеры – 665), относительно дешевы, легко перемещаются и, наконец, требуют малых затрат мощности в течение длительного времени. Задачи данного исследования: 1) найти радиометрическую неопределенность измерений нисходящей облученности (E_d) с планера; 2) применить методику подводного дистанционного зондирования для вычисления среднего коэффициента вертикального ослабления К (усредненный по некоторому интервалу глубин от непосредственно под поверхностью до глубины расположения приемника света) на основании подтвержденных данных об измеренных планером E_d; 3) преобразовать средние К в локальные (т.е. в К для малых приращений глубин около 1–2 м), чтобы сгенерировать вертикальный профиль К при различных падающих потоках излучения (различные атмосферные и облачные условия).

Разработан метод анализа искажений пространственно-временнóй структуры импульсного пучка света при его распространении в стратифицированной мутной среде с узкой индикатрисой рассеяния (в частности, морской воде). Из нестационарного уравнения переноса излучения в «уточненном малоугловом» приближении получена система уравнений для пространственных моментов импульсного поля излучения, которая строго решается в отличие от аналогичной системы уравнений для его временных моментов. Найдены рекуррентные соотношения, позволяющие последовательно вычислять моменты различного порядка начиная с нулевого. Получены выражения для трех моментов распределения облученности, характеризующих среднее (по длине импульса) значение, расстояние между передним фронтом и «центром» импульса и продольный масштаб его размытия в мутной среде. Приведены формулы для определения временных характеристик импульса по его пространственным моментам.

Приводятся данные измерений вертикальных распределений показателя ослабления света и плотности воды в Баренцевом, Белом и Карском морях и результаты анализа корреляционных связей между этими распределениями. Установлено, что в ряде случаев наблюдается высокая корреляция между параметрами функций, которые использовались для аппроксимации указанных распределений: горизонтом максимального изменения показателя ослабления и глубиной залегания пикноклина, толщиной пикноклина и слоя скачка показателя ослабления, а также между градиентом показателя ослабления и частотой Вяйсяля–Брента.

В 2004–2008 гг. поглощательные характеристики фитопланктона были измерены в 15 озерах северной Польши различной продуктивности одновременно с концентрацией оптически активных веществ. Эти данные были использованы для проверки модели поглощательных свойств фитопланктона, предложенной Брико и др. для океанских вод типа 1 (в дальнейшем называемой параметризацией Брико) для предсказания спектров поглощения света фитопланктоном a_ph в озерах Померании. Данное исследование показывает ограничения этой модели для озерного фитопланктона, и обсуждаются их причины. Кроме того, предлагается на том же математическом базисе, что и модель Брико, но при других значениях соответствующих эмпирических параметров, аналогичная модель поглощения света фитопланктоном в исследованных озерах. Для простоты анализируются коэффициенты поглощения только в поверхностных водах. Результаты анализа сравниваются с результатами других авторов, полученных для вод типа 1 с использованием аналогичных моделей. 

Проанализирована возможность применения к Балтийскому морю известных оптических моделей природных вод. С использованием большой базы данных по измеренным оптическим характеристикам воды в Балтийском море установлено, что полученные ранее для океанской воды соотношения между показателями рассеяния, ослабления и обратного рассеяния на длине волны 550 нм справедливы и для Балтики. В то же время соотношения, связывающие показатели поглощения и рассеяния хлорофилла, и показатели поглощения растворенного органического вещества с концентрацией хлорофилла не применимы в оптически сложном бассейне Балтийского моря.

Обсуждается схема построения систем видения, использующих сложно модулированный пучок подсветки и обработку принятого эхо-сигнала, предусматривающую выделение модулированной составляющей и ее согласованную фильтрацию. Построена приближенная модель сигнала, учитывающая влияние поверхностного волнения и многократного рассеяния в воде. Оценены предельные величины продольного и поперечного разрешения системы, определяемые случайным преломлением на поверхности и рассеянием в воде. Оценены характеристики систем видения с предельно высокой частотой модуляции пучка подсветки.

Представлен новый подход к проведению атмосферной коррекции (АК) для спутникового сканера цвета MODIS, объединяющий разработанные ранее алгоритм АК в области солнечного блика и малопараметрический алгоритм АК. Разработан пакет программ, позволяющих проводить атмосферную коррекцию для спутникового изображения MODIS. Полученные с помощью модифицированного алгоритма спектральные коэффициенты яркости воды для Каспийского моря и некоторых акваторий открытого океана в большинстве случаев лучше совпадают с данными in situ, чем полученные с помощью алгоритма SeaDAS 6.1. Увеличивается количество пикселей, для которых может быть решена обратная задача.

Цель работы – определить места в исследуемой области океана, где натурные измерения для калибровки/верификации (Cal/Val) в течение различных периодов времени обеспечивают наибольшее улучшение радиометрической точности и достоверности результатов, получаемых по спутниковым данным. Представлен метод объединения спутниковых изображений с данными натурных измерений и выработки наилучшей стратегии проведения натурных измерений, подходящей для проведения спутниковой калибровки/верификации. Эта методология использует спутниковые данные, чтобы построить ковариационную матрицу, содержащую информацию о пространственновременнóй изменчивости в исследуемой области. Ковариационная матрица используется в Байесовском методе для объединения спутниковых и натурных данных и создания продукта с наименьшими ошибками. Наилучшее место для калибровки/верификации находится с помощью метода оптимального планирования (Аоптимальный план), который минимизирует расчетную дисперсию объединенного продукта.

В работе на основе численного решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса определены гидродинамические характеристики подводного планера – глайдера. Проведено их сопоставление с экспериментальными данными и показана возможность использования численных методов динамики вязкой жидкости для отработки формы таких объектов. Построена математическая модель движения глайдера. Рассмотрена возможность его использования в качестве буксировщика другого подводного объекта. Получены аналитические оценки параметров движения глайдера на установившихся режимах с учетом и без учета силы тяги.