Использование спутниковых данных для определения характеристик поглощения света в водах Черного моря

В. С. Суетин, С. Н. Королев✉

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: s.korolev@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Предметом изучения в настоящей работе являются эффекты поглощения света в водах Черного моря с учетом вариаций отдельных его составляющих и того, как они проявляются в содержащихся в архиве NASA результатах расчета концентрации хлорофилла а, полученных при обработке спутниковых данных с использованием универсального операционного метода.

Методы и результаты. Анализировались содержащиеся в архиве NASA данные спутниковых приборов MODIS и SeaWiFS и определенные по ним с помощью комплексного метода Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties (GIOP) значения составляющих показателя поглощения света, связанных с желтым веществом и фитопланктоном. Для того чтобы избежать вероятных проявлений различного рода искажений в результатах определения спектральных коэффициентов яркости моря и продуктов применения метода GIOP, были использованы только специальным образом отобранные достаточно достоверные тестовые данные из двух участков, расположенных вблизи Южного берега Крыма и к югу от устья Дуная.

Выводы. В рассмотренных примерах при низком содержании хлорофилла а в воде преобладающую роль в поглощении света в синей части спектра играет желтое вещество, при высоком его уровне доминирует вклад фитопланктона. Установленное соотношение между составляющими показателя поглощения света, связанными с желтым веществом и фитопланктоном, существенно отличается от того, которое неявным образом заложено в основу используемого в NASA в ходе оперативной обработки спутниковых данных универсального метода определения концентрации хлорофилла а. Это в свою очередь проявляется в том, что содержащиеся в архиве NASA данные о концентрации хлорофилла а в Черном море могут быть завышенными при низком его уровне и заниженными – при высоком.

Ключевые слова

Черное море, спутниковые наблюдения, оптические характеристики, поглощение света, MODIS, SeaWiFS, GIOP, фитопланктон, желтое вещество

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2020-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений». Авторы выражают благодарность группе обработки спутниковой информации NASA GSFC за предоставленную возможность использования эмпирического материала.

Для цитирования

Суетин В. С., Королев С. Н. Использование спутниковых данных для определения характеристик поглощения света в водах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 222–232. EDN YDISMQ. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-222-232

Suetin, V.S. and Korolev, S.N., 2021. Application of Satellite Data for Retrieving the Light Absorption Characteristics in the Black Sea Waters. Physical Oceanography, [e-journal] 28(2), pp. 205-214. doi:10.22449/1573-160X-2021-2-205-214

DOI

10.22449/0233-7584-2021-2-222-232

Список литературы

  1. Remote Sensing of Inherent Optical Properties: Fundamentals, Tests of Algorithms, and Applications // Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group / Ed. Z.-P. Lee. Canada, Dartmouth : IOCCG, 2006. Vol. 5. 126 p. URL: http://ioccg.org/reports/report5.pdf (date of access: 11.03.2021).
  2. 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
  3. An overview of approaches and challenges for retrieving marine inherent optical properties from ocean color remote sensing / P. J. Werdell [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 160. P. 186–212. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2018.01.001
  4. 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.
  5. Suetin V. S., Korolev S. N. Estimating Specific Features of the Optical Property Variability in the Black Sea Waters Using the Data of SeaWiFS and MODIS Satellite Instruments. // Physical Oceanography. 2018. Vol. 25, iss. 4. P. 330–340. doi:10.22449/1573-160X-2018-4-330-340
  6. Bio-Optical Charactristics 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 / Eds. P. Malanotte-Rizzoli, V. N. Eremeev. Dordrecht : Springer, 1999. P. 313–326. (NATO Science Series. Vol. 51). https://doi.org/10.1007/978-94-011-4796-5_21
  7. Чурилова Т. Я., Суслин В. В., Сосик Х. М. Спектральная модель подводной облученности в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2009. № 6. C. 33–46.
  8. 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. Organelli [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 5. P. 3543–3564. doi:10.1002/2016JC012629
  9. Variations of light absorption by suspended particles with the chlorophyll a concentration in oceanic (case 1) waters: Analysis and implications for bio-optical models. / A. Bricaud [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1998. Vol. 103, iss. C13. P. 31033–31044. https://doi.org/10.1029/98JC02712
  10. Оптические свойства аэрозолей и атмосферная коррекция спутниковых наблюдений Черного моря / В. С. Суетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2013. № 1. C. 34–44.
  11. Suetin V. S., Korolev S. N., Kucheryaviy A. A. Sun Glint Manifestation at Evaluating the Black Sea Water Optical Parameters using Satellite Measurements // Physical Oceanography. 2016. No. 3. P. 47–56. doi:10.22449/1573-160X-2016-3-47-56
  12. 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. doi:10.1016/j.dsr2.2003.10.009
  13. Bailey S. W., Werdell P. J. A multi-sensor approach for the on-orbit validation of ocean color satellite data products // Remote Sensing of Environment. 2006. Vol. 102, iss. 1–2. P. 12–23. https://doi.org/10.1016/j.rse.2006.01.015
  14. Hu C., Feng L., Lee Z. Uncertainties of SeaWiFS and MODIS remote sensing reflectance: Implications from clear water measurements. // Remote Sensing of Environment. 2013. Vol. 133. P. 168–182. https://doi.org/10.1016/j.rse.2013.02.012
  15. Assessment of uncertainty in the ocean reflectance determined by three satellite ocean color sensors (MERIS, SeaWiFS and MODIS-A) at an offshore site in the Mediterranean Sea (BOUSSOLE project) / D. Antoine [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2008. Vol. 113, iss. C7. C07013. doi:10.1029/2007JC004472
  16. Горячкин Ю. Н. Апвеллинг у берегов Западного Крыма // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 5. С. 399–411. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-399-411
  17. Synoptic upwelling and cross-shelf transport processes along the Crimean coast of the BlackSea / G. Gawarkiewicz [et al.] // Continental Shelf Research. 1999. Vol. 19, iss. 8. P. 977–1005. https://doi.org/10.1016/S0278-4343(99)00003-5
  18. O'Reilly J. E., Werdell P. J. Chlorophyll algorithms for ocean color sensors – OC4, OC5 & OC6 // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 229. P. 32–47. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.04.021
  19. Morel A. In-water and remote measurements of ocean color // Boundary-Layer Meteorology. 1980. Vol 18. P. 177–201. https://doi.org/10.1007/BF00121323
  20. Analysis of 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. P. 331–340. doi:10.1023/A:1021729229168

Скачать статью в PDF-формате