Оценка применимости спутниковых данных для исследования изменчивости содержания взвешенного вещества в поверхностном слое глубоководной области Черного моря

А. С. Кукушкин✉, В. В. Суслин

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: kukushkinas@mail.ru

Аннотация

Цель. Исследования пространственно-временной изменчивости содержания взвешенного вещества необходимы для понимания биохимических процессов, формирующих и поддерживающих устойчивое функционирование морской экосистемы. Целью работы является оценка применимости спутниковых данных для исследования изменчивости содержания взвешенного вещества в поверхностном слое глубоководной части Черного моря.

Методы и результаты. С использованием регрессионного анализа получены уравнения линейной регрессии, связывающие судовые измерения концентрации взвешенного вещества в поверхностном слое в северо-восточной (июнь 2005‒2015 гг.) и западной (ноябрь 2016, 2017 гг., декабрь 2017 г.) глубоководных частях моря и региональные спутниковые продукты (показатель обратного рассеяния света частицами взвеси, показатель поглощения неживым органическим веществом и концентрация хлорофилла а). По измеренным и рассчитанным массивам данных построены карты распределения концентраций взвешенного вещества в поверхностном слое северо-восточной части моря. Рассмотрены межгодовые изменения результатов прямых измерений концентрации взвешенного вещества, литогенного вещества и квазисинхронных с ними спутниковых региональных продуктов (показатель поглощения света неживым органическим веществом на длине волны 490 нм и показатель обратного рассеяния света частицами взвеси на длине волны 555 нм) в июне 2005‒2015 гг. Отмечены повышенные концентрации взвешенного вещества в 2012 г., когда в Черном море была зарегистрирована экстремальная численность кокколитофорид. По частным коэффициентам корреляции оценена теснота связи между концентрацией взвешенного вещества и отдельными анализируемыми параметрами.

Выводы. Получено удовлетворительное согласие пространственных распределений содержания взвешенного вещества по измеренным и рассчитанным данным. Разница значений измеренных и рассчитанных его концентраций в течение всего периода наблюдений в среднем находилась в пределах 6‒23 %. Показана возможность использования спутниковых данных для исследования пространственно-временной изменчивости содержания взвешенного вещества.

Ключевые слова

Черное море, взвешенное вещество, сканер цвета MODIS, показатель рассеяния, показатель поглощения, регрессия, корреляция

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ «Морской гидрофизический институт РАН» по теме № 0827-2019-0001 «Фундаментальные исследования процессов взаимодействия в системе океан – атмосфера, определяющих региональную пространственно-временную изменчивость природной среды и климата».

Для цитирования

Кукушкин А. С., Суслин В. В. Оценка применимости спутниковых данных для исследования изменчивости содержания взвешенного вещества в поверхностном слое глубоководной области Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 595–605. EDN LPFNPI. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-595-605

Kukushkin, A.S. and Suslin, V.V., 2020. Assessment of Applicability of Satellite-Derived Ocean Color Data for Studying Variability of Total Suspended Matter in the Surface Layer of the Deep Part of the Black Sea. Physical Oceanography, 27(5), pp. 547-556. doi:10.22449/1573-160X-2020-5-547-556

DOI

10.22449/0233-7584-2020-5-595-605

Список литературы

  1. Романкевич Е. А. Геохимия органического вещества в океане. М. : Наука, 1977. 256 с.
  2. Алимов А. Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб. : Наука, 2000. 147 с.
  3. Бурлакова З. П., Еремеева Л. В., Коновалов С. К. Сезонная и пространственная изменчивость содержания взвешенного органического вещества в деятельном слое Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 1998. № 5. С. 30–62.
  4. Устойчивость и эволюция океанологических характеристик экосистемы Черного моря / Под ред. В. Н. Еремеева, С. К. Коновалова. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 357 с.
  5. Лисицын А. П. Процессы терригенной седиментации в морях и океанах. М. : Наука, 1991. 269 с.
  6. Емельянов Е. М. Некоторые данные по взвеси Черного и Азовского морей // Океанология. 1962. Т. 2, вып. 4. С. 664–672.
  7. Витюк Д. М. Взвешенное вещество и его компоненты в Черном море // Гидробиологический журнал. 1975. Т. 11, № 1. С. 12–18.
  8. Тримонис Э. С., Шимкус К. М. Количественное распределение взвеси в Черном море // Океанология. 1976. Т. 16, № 4. С. 648–654.
  9. Vostokov S. V. Suspended matter as an index of productivity in the Western Black Sea (application for productivity and eutrophication control) // Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and Nord Sea / Eds. E. Özsoy and A. Mikaelyan. Dordrecht : Springer, 1997. P. 211–221. (NATO ASI Series (Series 2: Environment) ; Vol. 27).
  10. Kukushkin A. S. Variability of suspended organic matter in the surface layer of the Black Sea (deep-sea areas) // Oceanology. 2014. Vol. 54, iss. 5. P. 606–617. https://doi.org/10.1134/S0001437014050099
  11. Dimitrov P. S., Stoyanov A. S., Shtereva G. P. On the distribution of suspended material in western part of the Black Sea-water area // Dokladi na Bolgarskata Akademiya na Naukite. 1981. Vol. 34, iss. 10. P. 1429–1431.
  12. Вертикальные потоки рассеянного осадочного вещества в глубоководной части Черного моря / А. А. Клювиткин [и др.] // Система Черного моря. М. : Научный мир, 2018. С. 350–397. doi:10.29006/978-5-91522-473-4.2018
  13. 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.org/10.1016/j.dsr2.2003.10.009
  14. Финенко З. З., Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Оценка продуктивности фитопланктона Черного моря по спутниковым данным // Доклады Академии наук. 2010. Т. 432, № 6. С. 845–848.
  15. Кукушкин А. С., Пархоменко А. В. Оценка применимости спутниковых данных для исследования изменчивости содержания взвешенного органического вещества в поверхностном слое Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 1. С. 195–205. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-1-195-205
  16. Кукушкин А. С., Пархоменко А. В. Изменчивость содержания взвешенного органического вещества в юго-западной части Крымского побережья по данным судовых и спутниковых наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 1. С. 137–146. doi:10.21046/2070-7401-2019-16-1-137-146
  17. Оценка по спутниковым данным показателей поглощения окрашенного органического вещества и диффузного ослабления солнечного излучения в водах Белого и Карского морей / С. В. Вазюля [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 4. С. 31–41.
  18. Retrieval of coccolithophore calcite concentration from SeaWiFS imagery / H. R. Gordon [et al.] // Geophysical Research Letters. 2001. Vol. 28, iss. 8. Р. 1587–1590. https://doi.org/10.1029/2000GL012025
  19. 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. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-357-368
  20. Определение концентрации взвешенного вещества в Черном море по данным спутника MODIS / Д. А. Кременчуцкий [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. Вып. 29. С. 5–9.
  21. Гельман Е. М., Старобина И. З. Фотометрические методы определения породообразующих элементов в рудах, горных породах и минералах. М. : ГЕОХИ АН СССР, 1976. 69 с.
  22. Suslin V. V., Churilova T. Ya. A regional algorithm for separating light absorption by chlorophyll-a and coloured detrital matter in the Black Sea, using 480–560 nm bands from ocean colour scanners // International Journal of Remote Sensing. 2016. Vol. 37, iss. 18. P. 4380–4400. https://doi.org/10.1080/01431161.2016.1211350
  23. The Black Sea IOPs based on SeaWiFS data / V. V. Suslin [et al.] // Proceedings of SPIE, 22nd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. SPIE, 2016. Vol. 10035. 1003531. doi:10.1117/12.2248332
  24. Use of SeaWiFS data to estimate water optical properties of the black sea / V. V. Suslin [et al.] // Proceedings of SPIE, Current Research on Remote Sensing, Laser Probing, and Imagery in Natural Waters. SPIE, 2007. Vol. 6615. 661509. doi:10.1117/12.740445
  25. Эренберг А. Анализ и интерпретация статистических данных. М. : Финансы и статистика, 1981. 406 с.

Скачать статью в PDF-формате