Оценка особенностей изменчивости оптических свойств вод Черного моря по данным спутниковых приборов SeaWiFS и MODIS

В. С. Суетин, С. Н. Королев✉

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: s.korolev@mhi-ras.ru

Аннотация

Рассматривается задача количественной интерпретации выполненных спутниковыми приборами MODIS и SeaWiFS наблюдений Черного моря в терминах спектральных зависимостей оптически активных примесей в воде. С этой целью анализировались содержащиеся в архиве NASA результаты стандартной операционной обработки накопленных в разные годы данных с помощью комплексного метода Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties (GIOP). Поскольку в этих результатах существенным образом проявляются искажения, связанные с атмосферными помехами, при отборе тестовых данных требовалось, чтобы в протяженных безоблачных участках моря не было резких хаотичных пространственно-временных флуктуаций всех определяемых продуктов и ложных локальных корреляций между параметрами атмосферы и морской воды. Кроме того, накладывались условия достаточно точного модельного воспроизведения эмпирических спектров коэффициента яркости морской поверхности и совпадения результатов, полученных по данным приборов MODIS и SeaWiFS. Применение метода GIOP позволяет анализировать особенности вариаций и относительную роль составляющих поглощения света в верхнем слое воды, связанных с фитопланктоном и растворенным в воде желтым веществом. В глубоководной части Черного моря летом желтое вещество вносит основной вклад в поглощение, а при переходе от лета к осени наблюдается примерно одинаковое увеличение этих двух факторов. В качестве примера дополнительно выполнено сравнение особенностей вод Черного моря и экваториального района Тихого океана. В отличие от Черного моря в этом районе основным фактором является фитопланктон, тогда как содержание желтого вещества почти не меняется.

Ключевые слова

Черное море, Тихий океан, спутниковые наблюдения, спектральные зависимости, оптические характеристики, MODIS, SeaWiFS, GIOP, фитопланктон, желтое вещество

Благодарности

Авторы выражают благодарность группе обработки спутниковой информации NASA GSFC (URL: http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/) за предоставленную возможность использования эмпирического материала. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий» (шифр «Оперативная океанография»).

Для цитирования

Суетин В. С., Королев С. Н. Оценка особенностей изменчивости оптических свойств вод Черного моря по данным спутниковых приборов MODIS и SeaWiFS // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 4. С. 357–368. EDN YMQLXF. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-357-368

Suetin, V.S. and Korolev, S.N., 2018. Estimating Specific Features of the Optical Property Variability in the Black Sea Waters Using the Data of SeaWiFS and MODIS Satellite Instruments. Physical Oceanography, 25(4), pp. 330-340. doi:10.22449/1573-160X-2018-4-330-340

DOI

10.22449/0233-7584-2018-4-357-368

Список литературы

  1. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS / J. E. O’Reilly [et al.] // Journal of Geophysical Research. 1998. Vol. 103, iss. C11. P. 24937–24953. https://doi.org/10.1029/98JC02160
  2. Analysis of the variability of the optical properties of water in the Black Sea in summer 1998 according to the data of a SeaWiFS satellite instrument / V. S. Suetin [et al.] // Physical Oceanography. 2002. Vol. 12, iss. 6. P. 331–340. doi:10.1023/A:1021729229168
  3. Копелевич О. В., Буренков В. И., Шеберстов С. В. Разработка и использование региональных алгоритмов для расчета биооптических характеристик морей России по данным спутниковых сканеров цвета // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3, № 2. С. 99–105. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15610279 (дата обращения: 01.11.2017).
  4. Электронный атлас «Биооптические характеристики морей России по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2014 гг.» / О. В. Копелевич [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 6. С. 99–110. URL: http://d33.infospace.ru/d33_conf/sb2015t6/99-110.pdf (дата обращения: 01.11.2017).
  5. Cota G. F., Wang J., Comiso J. C. Transformation of global satellite chlorophyll retrievals with a regionally tuned algorithm // Remote Sensing of Environment. 2004. Vol. 90, iss. 3. P. 373–377. https://doi.org/10.1016/j.rse.2004.01.005
  6. Tassan S. Local algorithms using SeaWiFS data for the retrieval of phytoplankton, pigments, suspended sediment, and yellow substance in coastal waters // Applied Optics. 1994. Vol. 33, iss. 12. P. 2369–2378. https://doi.org/10.1364/AO.33.002369
  7. Оптический мониторинг биологического и экологического состояния Черного моря / В. И. Буренков [и др.] // Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря / Под ред. А. Г. Зацепина, М. Ф. Флинта. М. : Наука, 2002. С. 417–436.
  8. Remote sensing of inherent optical properties: fundamentals, tests of algorithms, and applications / Z. P. Lee (ed.). Canada, Dartmouth : IOCCG, 2006. 126 p. (Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group, No. 5). URL: http://ioccg.org/reports/report5.pdf (дата обращения: 01.11.2017).
  9. Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties / P. J. Werdell [et al.] // Applied Optics. 2013. Vol. 52. iss. 10. P. 2019–2037. https://doi.org/10.1364/AO.52.002019
  10. Суетин В. С., Королев С. Н., Кучерявый А. А. Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 3. С. 77–86. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105132 (дата обращения 01.11.2017).
  11. Суетин В. С., Королев С. Н., Кучерявый А. А. Проявление эффектов солнечного блика при определении оптических параметров воды в Черном море по спутниковым измерениям // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 3. С. 52–62. URL: http://мгфж.рф/images/files/2016/03/201603_05.pdf (дата обращения: 01.11.2017).
  12. Сравнительный анализ методов определения оптических параметров Черного моря по данным спутниковых измерений / В. С. Суетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 2. C. 33–42. URL: http://мгфж.рф/images/files/2011/02/201102_04.pdf (дата обращения: 01.11.2017).
  13. Оптические свойства аэрозолей и атмосферная коррекция спутниковых наблюдений Черного моря / В. С. Суетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 1. C. 34–44. URL: http://мгфж.рф/index.php/repository?id=173 (дата обращения: 01.11.2017).
  14. Uniqueness in remote sensing of the inherent optical properties of ocean water / M. Sydor [et al.] // Applied Optics. 2004. Vol. 43, iss. 10. P. 2156–2162. https://doi.org/10.1364/AO.43.002156
  15. Чурилова Т. Я., Суслин В. В., Сосик Х. М. Спектральная модель подводной облученности в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 6. C. 33–46. URL: http://мгфж.рф/images/files/2009/06/200906_03.pdf (дата обращения: 01.11.2017).
  16. Bio-optical characteristics of the Aegean Sea retrieved from satellite ocean color data / V. I. Burenkov [et al.] // The Eastern Mediterranean as a Laboratory Basin for the Assessment of Contrasting Ecosystems / P. Malanotte-Rizzoli, V. N. Eremeev (eds.). Dordrecht : Springer Science+Business Media, 1999. P. 313–326. https://doi.org/10.1007/978-94-011-4796-5_21
  17. Bio-optical anomalies in the world’s oceans: An investigation on the diffuse attenuation coefficients for downward irradiance derived from biogeochemical Argo float measurements / E. Organelly [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 5. P. 3543–3564. http://dx.doi.org/10.1002/2016JC012629
  18. Чурилова Т. Я., Суслин В. В., Рылькова О. А. Параметризация поглощения света основными оптически активными компонентами в Чeрном море // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Вып. 16. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. C. 190–201. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_29453023_13707559.pdf (дата обращения: 1.11.2017).
  19. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian seas / O. V. Kopelevich [et al.] // Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2004. Vol. 51, iss. 10–11. P. 1063–1091. https://doi.org1/0.1016/j.dsr2.2003.10.009
  20. Gregg W. W., Casey N. W. Global and regional evaluation of the SeaWiFS chlorophyll data set // Remote Sensing of Environment. 2004. Vol. 93, iss. 4. P. 463–479. https://doi.org/10.1016/j.rse.2003.12.012
  21. Biological and chemical response of the Equatorial Pacific Ocean to the 1997-98 El Niño / F. P. Chavez [et al.] // Science. 1999. Vol. 286, iss. 5447. P. 2126–2131. https://doi.org/10.1126/science.286.5447.2126
  22. Why ocean colour? The societal benefits of ocean-colour technology / T. Platt, N. Hoepffner, V. Stuart, C. Brown (eds.). Canada, Dartmouth: IOCCG, 2008. 141 p. (Reports and Monographs of the International Ocean-Colour Coordinating Group, No. 7). URL: http://ioccg.org/wp-content/uploads/2016/02/report7.pdf (дата обращения 01.11.2017).

Скачать статью в PDF-формате