Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения

М.Е. Ли✉, Е.Б. Шибанов, Е.Н. Корчёмкина, О.В. Мартынов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: michael.lee.mhi@gmail.com

Аннотация

Рассматриваются результаты измерений спектрального коэффициента яркости моря, выполненных в 2002 – 2014 гг. на океанографической платформе Экспериментального отделения МГИ при помощи разработанного в отделе оптики моря спектрофотометра. Специальная методика измерений позволяет учесть свет, отраженный водой, что в свою очередь избавляет от необходимости проводить контактные измерения под морской поверхностью. Алгоритм обработки полученных данных дает возможность рассчитывать такие первичные гидрооптические характеристики морской воды, как концентрация пигментов фитопланктона, поглощение неживой органикой и рассеяние взвесью, а также определять наличие вспомогательных фотосинтетических пигментов по восстановленному спектру поглощения фитопланктона. Рассматриваемый метод позволяет проводить оперативный подспутниковый мониторинг состояния морской среды, в частности с целью валидации алгоритмов обработки данных дистанционного зондирования.

Ключевые слова

коэффициент яркости моря, спектрофотометр, хлорофилл а, минеральная взвесь, кокколитофориды, пигменты фитопланктона

Для цитирования

Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения / М. Е. Ли [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 17-33. EDN VHEWVT. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33

Lee, M.E., Shybanov, E.B., Korchemkina, E.N. and Martynov, O.V., 2015. Determination of the Concentration of Seawater Components based on Upwelling Radiation Spectrum. Physical Oceanography, (6), pp. 15-30. doi:10.22449/1573-160X-2015-6-15-30

DOI

10.22449/0233-7584-2015-6-17-33

Список литературы

  1. Пелевин В.Н., Локк Я.Ф., Кельбалиханов Б.Ф. Фотометр для измерения спектральной яркости выходящего из моря излучения и результаты его испытаний в натурных условиях // Оптические исследования в океане и атмосфере над океаном. – М.: Изд. ИОАН, 1975. – C. 126 – 134.
  2. Афонин Е.И., Ли М.Е. Телефотометр для измерения яркости природных объектов в видимом диапазоне спектра // Тез. докл. Пятой всесоюзной научно-технической конференции «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение». – М.: Изд. ВНИИОФИ, 1984. – С.115.
  3. Morel A. In-water and remote measurements of ocean color // Bound.-Lay. Meteorol. – 1980. – 18, № 2. – P. 177 – 201.
  4. Hooker S.B., Lazin G., Zibordi G. et al. An evaluation of above- and in-water methods for determining water-leaving radiances // J. Atmos. Ocean. Technol. – 2002. – 19, № 4. – P. 486 – 515.
  5. Toole D.A., Siegel D.A., Menzies D.W. et al. Remote-sensing reflectance determinations in the coastal ocean environment: impact of instrumental characteristics and environmental variability // Appl. Opt. – 2000. – 39, № 3. – P. 456 – 469.
  6. Weeks A.R., Robinson I.S., Booty B. A towed near-surface optical reflectance meter for measuring ocean colour in support SeaWiFS // European workshop on optical ground truth instrumentation for the validation of space-borne optical remote sensing data of the marine environment. NIOZ-Raport. – 1993. – Р. 3 – 9.
  7. Lee Z.P., Carder K.L., Haves S.K. et al. Method to derive ocean absorption coefficient from remote sensing reflectance // Appl. Opt. – 1996. – 35, № 3. – P. 453 – 462.
  8. Mueller J.L., Zaneveld J.R., Pegau S. et al. Remote sensing reflectance: preliminary comparisons between in water and above water measurements and estimates modelled from measured inherent optical properties. Ocean Optics XIII // Proc. of SPIE. – 1996. – 2963. – P. 502 – 507.
  9. Olszewski J., Darecki M. Derivation of remote sensing reflectance of Baltic waters from above-surface measurements // Oceanologia. – 1999. – 41, № 1. – P. 99 – 111.
  10. Artemiev V.A., Burenkov V.I., Vortman M.I. et al. Sea-truth measurements of ocean color: a new floating spectroradiometer and its metrology // Oceanology. – 2000. – 40, № 1. – P. 139 – 145.
  11. Khrapko A.N., Kopelevich O.V., Burenkov V.I. et al. New instrument for measuring surface and underwater irradiances // Proc. IV International Conf. «Current problems in optics of natural waters». – Nizhny Novgorod, 2007. – P. 271 – 275.
  12. Smith R.C., Menzies D.W., Booth C.R. Oceanographic bio-optical profiling system II. Ocean Optics XIII // Proc. of SPIE. – 1996. – 2963. – P. 777 – 789.
  13. Zibordi G., Mélin F., Hooker S.B. et al. An autonomous above-water system for the validation of ocean color radiance data // IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. – 2004. – 42, № 2. – P. 401 – 415.
  14. Zibordi G., Berthon J.-F., Mélin F. et al. Validation of satellite ocean color primary products at optically complex coastal sites: Northern Adriatic Sea, Northern Baltic Proper and Gulf of Finland // Rem. Sens. Environ. – 2009. – 113, № 12. – P. 2574 – 2591.
  15. Ли М.Е., Мартынов О.В. Измеритель коэффициентов яркости для подспутниковых измерений биооптических параметров вод // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2000. – С. 163 – 173.
  16. Mobley C.D. Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements // Appl. Opt. – 1999. – 38, № 36. – P. 7442 – 7455.
  17. Lee Z.P., Ahn Y.H., Mobley C. et al. Removal of surface-reflected light for the asurement of remote-sensing reflectance from an above-surface platform // Optics Express. – 2010. – 18, № 25. – P. 26313 – 26324.
  18. Ясакова О.Н., Станичный С.В. Аномальное цветение Emiliania Huxleyi (Prymnesiophiceae) в Черном море в 2012 году // Морской экологический журнал. –2012. – Т. XI, № 4. – С. 54.
  19. Balch W.M., Kilpatrick K.A., Holligan P.M. et al. The 1991 coccolithophore bloom in the central North Atlantic. II. Relating optics to coccolith concentration // Limnol. Oceanogr. –1996. – 41, № 8. – P. 1684 – 1696.
  20. Микаэлян А.С., Силкин В.А., Паутова Л.А. Развитие кокколитофорид в Черном море: межгодовые и многолетние изменения // Океанология. –2011. –51, № 1. – С. 45 – 53.
  21. Шибанов Е.Б. Численный метод решения уравнения переноса. Коэффициенты отражения и пропускания оптически тонкого плоскопараллельного слоя // Морской гидрофизический журнал. – 2005. – № 3. – C. 62 – 71.
  22. Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum 380–700 nm of pure water. II. Integrating cavity measurements // Appl. Opt. – 1997. – 36, № 33. – P. 8710 – 8723.
  23. Bricaud A., Babin M., Morel A. et al. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // J. Geophys. Res. – 1995. –100, № С7. – P. 13321 – 13332.
  24. Korchemkina E.N., Shybanov E.B. Special minimization technique for analytical algorithms of chlorophyll retrieval // Proc. V International Conf. «Current problems in optics of natural waters». – Saint-Petersburg, 2009. – Р. 73 – 77.
  25. Chami M., Shybanov E.B., Churilova T.Y. et al. Optical properties of the particles in the Crimea coastal waters (Black Sea) // J. Geophys. Res.–2005. – 110, № C11. – P. 1 – 17.
  26. Чурилова Т.Я., Берсенева Г.П. Поглощение света фитопланктоном, детритом и растворенным органическим веществом в прибрежном районе Черного моря (июль – август 2002 г.) // Морской гидрофизический журнал. – 2004. – № 4. – С. 39 – 50.
  27. Churilova T., Suslin V., Berseneva G. et al. Parameterization of light absorption by phytoplankton, nonalgal particles and coloured dissolved organic matter in the Black Sea // Proc. IV International Conf. «Current problems in optics of natural waters». – Nizhny Novgorod, 2007. – P. 70 – 74.
  28. Balch W.M., Holligan P.M., Ackleson S.G. et al. Biological and optical properties of mesoscale coccolithophore blooms in the Gulf of Maine // Limnol. Oceanogr. – 1991. – 36, № 4. – P. 629 – 643.
  29. Rowan K.S. Photosynthetic Pigments of Algae. – Cambridge: Cambridge University Press, 1989. – 334 p.
  30. Voss K.J. Scattering and attenuation properties of Emiliania huxleyi cells and their detached coccoliths // Limnol. Oceanogr. – 1998. – 43, № 5. – P. 870 – 876.
  31. Маньковский В.И., Владимиров В.Л., Афонин Е.И. и др. Многолетняя изменчивость прозрачности воды в Черном море и факторы, обусловившие ее сильное снижение в конце 80-х – начале 90-х годов. – Севастополь, 1996. – 32 c. – (Препринт / НАН Украины. МГИ).

Скачать статью в PDF-формате