Определение спектрального поглощения света в море всегда сталкивается с трудностями сбора на приемном устройстве одновременно как лучей, прошедших определенное расстояние в среде после поглощения, так и всех рассеянных на этом пути фотонов. В применяющихся в настоящее время методах сбор всех рассеянных лучей осуществить не удается, поэтому приходится учитывать влияние потерянных фотонов на величину поглощения путем теоретического моделирования с последующей коррекцией значений. Предложен новый подход к определению спектрального поглощения света морских вод пропусканием расходящегося пучка сквозь измеряемую среду, помещенную в двустенную коническую отражающую кювету с интегрирующей сферой в качестве светоприемного коллектора. Применением расходящегося пучка можно увеличить длину конической кварцевой кюветы и, за счет повышения чувствительности, обеспечить определение спектрального поглощения света в большем диапазоне прозрачности морских вод. Для компенсации влияния возвращающегося в двустенную кювету диффузного излучения сферы на величину поглощения предложена двухлучевая схема с нормировкой по опорному потоку. Показано, что новый подход позволяет перенаправить к приемнику практически весь рассеянный свет и таким образом минимизировать ошибки определения поглощения света в слабо поглощающей среде. Для количественной оценки преимуществ нового способа были проведены расчеты геометрических параметров распространения рассеянного света для двустенной конусной кварцевой кюветы.

Представлены результаты статистического моделирования сигнала обратного рассеяния в лидарах при зондировании толщи воды импульсами с внутренней модуляцией сложными частотно модулированными сигналами и их согласованной обработке в приемном тракте лидара. Проведено сравнение результатов моделирования с аналитическими расчетами в малоугловом приближении. Показано, что разброс фотонов по путям пробега, связанный с многократным рассеянием в среде, не препятствует эффективному сжатию сложного сигнала и малоугловое приближение хорошо описывает энергонесущую часть сигнала, обратно рассеянного толщей воды. Проведено сравнение уровней сигналов обратного рассеяния при зондировании воды коротким импульсом и сложно модулированным импульсом. Показано, что применение сложно модулированных импульсов подсветки позволяет снизить излучаемую источником мощность при сохранении уровня сигнала обратного рассеяния в лидаре и его разрешения по дальности. Выполнены расчеты уровней сигнала, обратно рассеянного локализованным диффузно отражающим объектом, и показано, что при величине задержки, соответствующей времени прихода баллистических фотонов, сжатый импульс не искажается. При больших временах запаздывания формируется «хвост» импульса, обусловленный разбросом фотонов по путям пробе га. Приведен пример расчета импульса обратного рассеяния при наличии в воде не отражающего объекта.

С использованием двухканального судового поляризационного лидара ПЛД-1 на станциях с однородным вертикальным распределением гидрооптических характеристик приповерхностного слоя выполнена серия лидарных измерений. Лидарное зондирование сопровождалось синхронными сопутствующими контактными измерениями ряда гидрооптических характеристик. Получен большой массив данных измерений, выполненных в водах с гидрооптическими характеристиками, меняющимися в широких пределах. В результате статистической обработки этих данных получены регрессионные соотношения, связывающие показатель ослабления c, показатель поглощения a и показатель диффузного ослабления света Kd с показателями ослабления ко- и кросс-поляризованных компонент лидарного эхо-сигнала. В большинстве случаев наблюдается линейная связь гидрооптических характеристик с показателями ослабления поляризованных компонент лидарного эхо-сигнала. Эти связи характеризуются высокими значениями коэффициента детерминации — от 0,8 до 0,95. Исключение составляет связь показателя ослабления света c и показателя ослабления кросс-поляризованной компоненты лидарного эхо-сигнала, где для описания этой связи используется полином второй степени (коэффициент детерминации 0,88). Данные о гидрооптических характеристиках, полученные с использованием кросс-поляризованной компоненты лидарного эхо-сигнала, в основном дублируют данные ко-поляризованной компоненты. Однако использование двухканальной регистрирующей системы повышает надежность и достоверность получаемых данных и обеспечивает возможность контроля однородности подводного участка трассы зондирования.

Солнечные блики, которые наблюдаются на водной поверхности, имеют разные яркости, формы, разнообразные цветовые оттенки, в зависимости от положения Солнца и наблюдателя, характеристик волнения, прозрачности воды и атмосферы. Текстурные, яркостные и цветовые характеристики солнечных бликов несут информацию о состоянии водной среды и атмосферы. Поэтому солнечные блики играют важную роль в дистанционном зондировании морей и океанов, являясь в одних задачах полезным сигналом, а в других — шумом. Яркие полосы (подводные каустики) на дне водоёмов, вызванные волнением, также являются показателем формы (структуры) поверхности. С помощью волновой теории света изучено распределение интенсивности в окрестности каустики (т. е. там, где приближение геометрической оптики не применимо), возникающее при преломлении света на взволнованной водной поверхности. Получена формула, определяющая параметры волнения по ширине каустической зоны. Корректность метода проверена в экспериментах на бассейне. Также в работе представлен краткий обзор работ авторов, касающихся солнечных бликов и подводных каустик.

С использованием численных методов решения уравнения переноса излучения рассчитаны значения альбедо океана для набора биооптических характеристик, соответствующих ситуациям с различной концентрацией хлорофилла (1 мкг/л и 10 мкг/л) и случаю интенсивного кокколитофоридного цветения (8–12 млн кл./л). Расчеты проводились в спектральном интервале 280–2800 нм для случаев безоблачного неба при различных скоростях приводного ветра и пропускания атмосферы. Показано, что для вод первого оптического типа изменение концентрации хлорофилла от 1 до 10 мкг/л не приводит к изменениям альбедо. В случае интенсивного кокколитофоридного цветения альбедо океана может увеличиваться более, чем в три раза. Расчет среднемесячных значений альбедо для выбранных точек в Баренцевом и Черном морях показал, что наличие интенсивного кокколитофоридного цветения существенно увеличивает среднемесячные значения альбедо. Выполненный для этих точек расчет величин поглощенного в толще морской воды излучения в зависимости от времени суток продемонстрировал, что наличие цветения существенно уменьшает вели чины поглощенной радиации. Показано, что принятый в современной циркуляционной модели NEMO вклад в альбедо выходящего из воды излучения, составляющий 0,005 ± 0,0005, соответствует только водам первого оптического типа. Интенсивное цветение кокколитофорид может привести к увеличению этого вклада более чем в 14 раз. Предложена простая формула для коррекции значений альбедо с учетом влияния биооптических характеристик.

Показатель вертикального ослабления дневного света является одной из гидрооптических характеристик, определяющих параметры светового поля в море. Знание величины показателя вертикального ослабления нисходящего излучения (или показателя диффузного ослабления) необходимо при определении важного биологического и экологического параметра водоемов — толщины эвфотического слоя. В статье описывается возможный метод оценки показа теля вертикального ослабления нисходящей облученности по измерениям показателя ослабления направленного света на длине волны 525 нм для вод Чёрного моря, которые характеризуются повышенным содержанием растворенного органического вещества и относятся ко II типу вод (по классификации Мореля). В методе используются эмпирические формулы, устанавливающие взаимосвязь между показателями ослабления направленного и диффузно рассеянного света. В работе приводятся примеры применения метода, показавшие достаточно высокую корреляцию (R = 0,85) между величинами показателя вертикального ослабления, определенными по измерениям in situ подводной облученности фотометром и рассчитанными по измерениям in situ показателя ослабления направленного света прозрачномером. Среднеквадратическое отклонение рассчитанных величин от измеренных составляет 0,008 м^–1, максимальное отклонение — 0,023 м^–1.

Рассмотрены методы оптических измерений физических параметров процессов на морской поверхности, в том числе покрытой льдом, с применением стереокамер. Предложен оригинальный метод обработки изображений морского льда, позволяющий выделить особенности, влияющие на рассеивание радиолокационного сигнала, такие как участки с открытой водой и острые кромки льдин. В основе метода лежит определение областей интереса на оптическом изображении, расчет статистических характеристик для каждой области, их классификация и определение локальных порогов для выделения искомых структур. Использование стереокамер в свою очередь позволяет учесть перспективные искажения и рассчитать физические параметры ледяного покрова и ветрового волнения. Метод апробирован на данных, полученных в ходе 90-го рейса научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» в море Лаптевых. Для открытой воды приведены результаты измерения скорости ветровой ряби, полученные с помощью разработанного ранее стереооптического метода. Проводится их сопоставление с Доплеровским сдвигом скорости СВЧ радиоволн. Предложенные в работе методы представляют интерес при проведении натурных экспериментов одновременно с применением когерентных радиолокаторов для количественной интерпретации радиолокационных данных, а также для развития методов дистанционного мониторинга морской поверхности и ледовой обстановки.

Представлены результаты настройки гидрооптической модели в программе HydroLight для трёх станций в Карском море, выбранных внутри, на границе и вне поверхностного опреснённого слоя, отличающихся различными вертикальными распределениями значений биооптических характеристик. Выбранные распределения типичны для областей Карского моря, находящихся под влиянием речного стока. Модель с хорошей точностью (средняя относительная ошибка менее 10 %) воспроизводит измеренные в экспедициях спектры коэффициента яркости моря, вертикальные профили показателя ослабления света морской водой и фотосинтетически активной радиации. Полученные результаты позволили провести оценку точности различных алгоритмов определения концентрации хлорофилла-а в интервале значений, характерных для акватории Карского моря. С той же целью выполнены аналогичные расчеты для различных значений по казателя поглощения окрашенным растворенным органическим веществом. Показано, что региональный алгоритм ИО РАН позволяет проводить оценку величин концентрации хлорофилла-а в области значений, превышающих 0,5 мг/м3, с существенно меньшей относительной ошибкой (менее 50 %), чем полуаналитический алгоритм GIOP (более 100 %). При этом вариации показателя поглощения желтого вещества оказывают существенно меньшее воздействие на результаты регионального алгоритма. Значительное влияние начального приближения значений концентрации хлорофилла-а на результаты работы полуаналитического алгоритма GIOP делает его непригодным для использования в области влияния речного стока в Карском море. Реализован численный метод определения толщины слоя, формирующего 90 % яркости выходящего из воды излучения, что в дальнейшем позволит более детально оценивать влияние параметров поверхностного слоя на точность оценки концентрации хлорофилла-а в Карском море по данным спутниковых сканеров цвета.

Проанализированы особенности работы эмпирических биооптических алгоритмов в водах вокруг Антарктического полуострова на основе сравнения калиброванных данных судового проточного измерительного комплекса и спутниковых данных спектрорадиометра OLCI со спутников Sentinel-3A и Sentinel-3B в период антарктического лета в январе-феврале 2020 и 2022 гг. Показано, что стандартный биооптический алгоритм OC4 существенно занижает спутниковые оценки концентрации хлорофилла-а (Хл-а) от ~1,5 до ~9 раз (в среднем в ~3,1 раза). Известный региональный алгоритм OC4-SO обеспечивает приемлемые ошибки оценки концентрации Хл-а и может быть использован для исследований, связанных с анализом концентрации Хл-а в водах вокруг Антарктического полуострова. Разработанный в данной работе новый региональный алгоритм OC4-AP имеет значительно меньшую ошибку по сравнению с известным стандартным и региональным алгоритмами. Он может быть использован в случае, если необходимо по лучить дистанционную оценку концентрации Хл-а, максимально приближенную к накопленному мировому опыту определения этой величины стандартными экстрактными спектрофотометрическим и флуориметрическим методами. Наблюдаемое занижение спутниковых оценок концентрации Хл-а по стандартному эмпирическому биооптическому алгоритму OC4 можно связать, как минимум, с тремя характерными для исследованной акватории причинами: малое относительное содержание ОРОВ, высокое содержание фикоэритрина и более сильный эффект упаковки пигментов в клетках фитопланктона по сравнению со средними значениями в Мировом океане.

Приведены данные по сезонной и многолетней динамике гидрофизических характеристик на акватории Манжерокского озера (Республика Алтай) после дноуглубительных работ 2017–2018 гг. Экспедиционные исследования были проведены в период ледостава в апреле 2021, а также летнего прогрева озера в июле 2021 и 2023 гг. Исследованы спек тральный показатель ослабления света в диапазоне 400–800 нм, относительная прозрачности воды по белому диску, скорость движения воды в поверхностных и придонных горизонтах, а также температурная стратификация. Установлено, что открывшиеся придонные источники грунтовых вод способствовали размыву и растворению не полностью удаленного илового слоя, что определило высокие значения спектрального показателя ослабления света и низкую относительную прозрачность воды. Результаты исследований в июле 2023 г. показали существенные изменения гидро физических характеристик по сравнению с 2021 г., свидетельствующие об улучшении экологического состояния озера в многолетнем аспекте за период с 2018 по 2023 год. Сравнение весенних и летних данных динамики спектрального показателя ослабления света на разных глубинах для озера Манжерокского с другими пресноводными слабопроточными озерами показало, что этот гидрооптический параметр для исследуемого озера максимален в период ледостава, в то время как для других озер отмечается его минимум в эту фазу годового лимнического цикла.