Изменчивость коэффициента яркости в условиях пылевого переноса по данным спутника Sentinel-3 на примере Черного моря и Севастополя

Д. В. Калинская✉, А. С. Папкова

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: demyshev@gmail.com

Аннотация

Цель. В ноябре 2021 г. в результате сложившейся метеорологической ситуации были созданы условия для интенсивного переноса пылевого аэрозоля в Черноморский регион. Интенсивные осадки способствовали последующему осаждению частиц пыли на поверхностный слой Черного моря и его береговую зону. Цель работы – провести комплексное исследование случая аномально интенсивного выпадения осадков в г. Севастополе при штормовом ветре скоростью до 27 м/с за период 29–30 ноября 2021 г. с использованием средств спутникового и наземного мониторинга для оценки влияния пылевого аэрозоля на оптические характеристики моря и атмосферы для исследуемого региона.

Методы и результаты. За 29 и 30 ноября 2021 г. измерены счетные концентрации частиц РМ10 и РМ2.5 пылемером Атмас в атмосфере над Севастополем. Для определения источника переноса аэрозоля посредством циклона проанализированы результаты расчета обратных траекторий переноса воздушных масс. Траектории были получены с помощью программного комплекса модели HYSPLIT и AERONET для Севастополя. В результате комплексного анализа спутниковых и натурных данных зарегистрирован пылевой перенос атмосферного аэрозоля. Сравнительный анализ данных о концентрации частиц РМ10, РМ2.5 и пыли по модели SILAM и натурных данных подтвердил перенос пылевого аэрозоля со стороны Африки в Черноморский регион. По данным моделирования WRF (Weather and Research Forecasting) для события переноса 29.11.2021, в западной части Черного моря концентрация пылевых частиц достигала 2000 μgm−3 (до пылевого переноса в той же части моря концентрация пыли не превышала 50 μgm−3). Пылевой шлейф сдвинулся 30.11.2021 в восточную область. Для оценки вклада поглощения в коэффициент яркости поверхностного слоя моря проанализированы данные оптических характеристик пылевого переноса (21.11.2021) и чистой атмосферы (02.12.2021). Проанализированы основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля по данным портативных солнечных фотометров сети AERONET за исследуемый период. Основная информация о переносе аэрозоля и его типе получена по данным со спутниковых платформ MODIS-Aqua, VIIRS, Sentinel и CALIPSO. Для подтверждения переноса пыли со стороны Африки представлены результаты моделирования обратных траекторий перемещения воздушных потоков, выполненного с помощью программного комплекса HYSPLIT и AERONET для черноморских станций Section_7 (Румыния), Galata_Рlatform (Болгария) и Sevastopol (Россия).

Выводы. Исследование коэффициентов яркости по данным спутниковых и наземных измерений на длине волны 443 нм показало, что в присутствии поглощающего аэрозоля вклад яркости моря в общий сигнал становится меньше по сравнению с коэффициентами яркости для фонового дня и дня с чистой атмосферой (минимальным содержанием аэрозольных частиц). Процентное отношение яркости моря к общей яркости в день с чистой атмосферой составляет 5 %, в фоновый день – 2 %, в день с наличием в атмосфере поглощающего аэрозоля вклад яркости моря составляет 1 %.

Ключевые слова

Sentinel, OLCI, MODIS, VIIRS, SPM, AERONET, CALIPSO, обратные траектории HYSPLIT, SILAM, Черное море

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, научный проект № 19-05-50023 и № 19-35-90066, а также в рамках темы государственного задания МГИ РАН № 0827-2021-0002, государственного задания № 0555-2021-0003 «Разработка методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных измерений». Авторы благодарят Тома Кушера (Tom Kucsera), Брента Холбена (Brent Holben), Джузеппе Зиборди (Giuseppe Zibordi) и группу Жене Фельдмана (Gene Feldman) из НАСА за предоставление данных АОТ, расчеты данных ВТА, обработку измерений, полученных на севастопольской станции AERONET, и за возможность использования качественных данных фотометрических измерений. Авторы также выражают признательность С. М. Сакерину и Д. М. Кабанову за предоставление фотометра SPM и программное обеспечение к нему.

Для цитирования

Калинская Д. В., Папкова А. С. Изменчивость коэффициента яркости в условиях пылевого переноса по данным спутника Sentinel-3 на примере Черного моря и Севастополя // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 3. С. 399–415. EDN MJXKNT. doi:10.29039/0233-7584-2023-3-399-415

Kalinskaya, D.V. and Papkova, A.S., 2023. Variability of the Water-Leaving Radiance under the Conditions of Dust Transport by the Satellite Sentinel-3 Data on the Example of the Black Sea and Sevastopol. Physical Oceanography, 30(3), pp. 369-383. doi:10.29039/1573-160X-2023-3-369-383

DOI

10.29039/0233-7584-2023-3-399-415

Список литературы

  1. Савиных В. П., Цветков В. Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. Москва : Картгеоцентр – Геодезиздат, 2001. 228 с.
  2. Чандра А. М., Гош С. К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. Москва : Техносфера, 2008. 307 с.
  3. Wilson R. Advanced remote sensing: terrestrial information extraction and applications, by Shunlin Liang, Xiaowen Li and Jindi Wang // International Journal of Remote Sensing. 2013. Vol. 34, iss. 14. P. 5262–5263.
  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.
  5. Gordon H. R. Can the Lambert‐Beer law be applied to the diffuse attenuation coefficient of ocean water? // Limnology and Oceanography. 1989. Vol. 34, iss. 8. P. 1389.
  6. Копелевич О. В., Шеберстов С. В., Вазюля С. В. Подводное световое поле в поверхностном слое Баренцева моря и спектральный коэффициент яркости водной толщи при различных океанологических условиях // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва, 2020. С. 216. EDN SEBHMT. doi:10.21046/18DZZconf-2020a
  7. Kalinskaya D. V., Papkova A. S. Why is it important to consider dust aerosol in the Sevastopol and Black Sea Region during remote sensing tasks? A case study // Remote Sensing. 2022. Т. 14, iss. 8. 1890. https://doi.org/10.3390/rs14081890
  8. Solar Irradiance Reference Spectra for Two Solar Active Levels / G. Thuillier [et al.] // Advances in Space Research. 2004. Vol. 34, iss. 2. P. 256–261. https://doi.org/10.1016/j.asr.2002.12.004
  9. The Weather Research and Forecasting Model: Overview, system efforts, and future directions / J. G. Powers [et al.] // Bulletin of the American Meteorological Society. 2017. Vol. 98, iss. 8. P. 1717–1737. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-15-00308.1
  10. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system / A. F. Stein [et al.] // Bulletin of the American Meteorological Society.2015. Vol. 96, iss. 12. P. 2059−2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
  11. Kalinskaya D. V., Kudinov O. B. Methodology of ground aerosol sources determination based on AERONET and HYSPLIT models data results // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663R. doi:10.1117/12.2287744
  12. Varenik A. V. The characteristics of PM2.5 and PM10 and elemental carbon air pollution in Sevastopol, Crimean Peninsula // Applied Sciences. 2022. Т. 12, iss. 15. 7758. https://doi.org/10.3390/app12157758
  13. Калинская Д. В. Исследование особенностей оптических характеристик пылевого аэрозоля над Черным морем // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2012. Вып. 26, т. 2. С. 151–162. EDN VWSEGX.
  14. Устранение аэрозольных искажений при анализе данных наблюдений Черного моря цветовым сканером CZCS со спутника Nimbus-7 / В. С. Суетин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 4. С. 71–79.

Скачать статью в PDF-формате