Региональные коэффициенты расчета концентрации взвешенного вещества в Черном море по мультисенсорным данным

Д. А. Кременчуцкий

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: d.kremenchutsky@gmail.com

Аннотация

Цель. Получить количественные оценки региональных коэффициентов для расчета значений концентрации взвешенного вещества в поверхностном слое вод северной и северо-восточной частей Черного моря с использованием квазианалитического алгоритма (QAA версия 6) и суточных мультисенсорных данных (SeaWiFS, MODIS, MERIS, VIIRS, OLCI) с разрешением 1 и 4 км – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Представлены натурные данные о величинах массовой концентрации взвешенного вещества размером ≥ 0,2 мкм в поверхностном слое вод северной и северо-восточной частей Черного моря, полученные в ходе 138-го рейса НИС «Профессор Водяницкий» (14 ноября – 9 декабря 2025 г.). В общей сложности отобрано и обработано 56 проб морской воды с 56 станций. Объем единичной пробы, прокачиваемой через фильтр, изменялся в диапазоне 1,24–8,17 л и зависел от насыщенности воды взвесью. С использованием мультисенсорных данных (SeaWiFS, MODIS, MERIS, VIIRS, OLCI) о спектральном коэффициенте яркости моря с разрешением 1 и 4 км и полуаналитического алгоритма (QAA версия 6) рассчитаны значения коэффициента обратного рассеяния на длине волны 560 нм. Исследована взаимосвязь указанного коэффициента с концентрацией взвешенного вещества. По результатам исследования определены значения региональных коэффициентов в уравнении линейной регрессии, связывающем коэффициент обратного рассеяния с концентрацией взвешенного вещества.

Выводы. В исследуемом районе концентрация взвешенного вещества изменялась в широком диапазоне 0,17–1,48 мг/л. Повышенные значения отмечались в районе Керченского пролива (1,2–1,48 мг/л) и Феодосийского залива (0,9–1,2 мг/л). Пониженные значения (0,17–0,55 мг/л) были характерны для глубоководной части моря. Параметры линейной регрессии между коэффициентом обратного рассеяния и концентрацией взвешенного вещества для данных с разрешением 4 км составили 89,2 ± 6,3 (угловой коэффициент) и 0,24 ± 0,03 (свободный член), для данных с разрешением 1 км – 102,6 ± 7,3 и 0,21 ± 0,03 соответственно. Результаты сопоставления рассчитанных значений концентрации взвеси с измеренными указывают на высокую точность полученных оценок: медианное абсолютное процентное отклонение составило 20 % (4 км) и 19 % (1 км), медианная абсолютная разность – 0,09 мг/л (4 и 1 км), систематическая ошибка –0,2 % (4 км) и –0,1 % (1 км), коэффициент детерминации – 0,82 (4 и 1 км).

Ключевые слова

взвешенное вещество, Черное море, региональный алгоритм, спутниковые оптические данные, SeaWiFS, MODIS, MERIS, VIIRS, OLCI

Благодарности

Автор выражает благодарность капитану и команде НИС «Профессор Водяницкий» за помощь в проведении работ на судне. Пробы воды отобраны в Центре коллективного пользования «НИС Профессор Водяницкий» ФГБУН ФИЦ «Институт биологии южных морей имени А. О. Ковалевского РАН». Работа выполнена в рамках следующих тем государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ: отбор проб морской воды в ходе экспедиционных исследований – FNNN-2024-0001, анализ пространственной изменчивости поля концентрации взвешенного вещества – FNNN-2026-0003, расчет региональных коэффициентов – FNNN-2026-0002.

Информация об авторах

Кременчуцкий Дмитрий Александрович, старший научный сотрудник, отдел биогеохимии моря, ФГБУН ФИЦ МГИ (299011, Россия, г. Севастополь, ул. Капитанская, д. 2), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0002-8747-6612, ResearcherID: AAC-1673-2020, SPIN-код: 1695-9378, d.kremenchutsky@gmail.com

Для цитирования

Кременчуцкий Д. А. Региональные коэффициенты расчета концентрации взвешенного вещества в Черном море по мультисенсорным данным // Морской гидрофизический журнал. 2026. Т. 42, № 4. С. 571–583. EDN OSEBJG.

Kremenchutskii, D.A., 2026. Regional Coefficients for Calculating Suspended Matter Concentrations in the Black Sea Using Multi-Sensor Data. Physical Oceanography, 33(3), pp. 598-609.

Список литературы

  1. The importance of the soluble and colloidal pools for trace metal cycling in deep-sea pore waters / S. A. L. Paul [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2024. Vol. 11. 1339772. EDN YHZYIX. https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1339772
  2. Distribution and composition of suspended matters in the wintertime in the East China Sea / J. Lin [et al.] // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 664. P. 322–333. EDN KNHKXG. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.021
  3. Вертикальные потоки рассеянного осадочного вещества в глубоководной части Черного моря / А. А. Клювиткин [и др.] // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. С. 350–396. EDN ANCZBB. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018.350
  4. Денисов В. И. Потоки взвешенного вещества в прибрежной части шельфа в российском секторе Черного моря // Система Черного моря. Москва : Научный мир, 2018. С. 397–425. EDN GHSJUN. https://doi.org/10.29006/978-5-91522-473-4.2018.397
  5. The use of ultra filtration in trace metal speciation studies in sea water / R. K. Singhal [et al.] // Environment International. 2006. Vol. 32, iss. 2. P. 224–228. https://doi.org/10.1016/j.envint.2005.08.015
  6. Impact of phytoplankton, CDOM, and suspended sediments on the vertical attenuation of light, changing heat content and circulation on a continental shelf: A modelling study of the Great Barrier Reef / A. Maggiorano [et al.] // Ocean Modelling. 2025. Vol. 193. 102465. EDN RHFIGI. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2024.102465
  7. Relationships between the surface concentration of particulate organic carbon and optical properties in the eastern South Pacific and eastern Atlantic Oceans / D. Stramski [et al.] // Biogeosciences. 2008. Vol. 5, iss. 1. P. 171–201. EDN YALQBH. https://doi.org/10.5194/bg-5-171-2008
  8. Gomathisankaraprasad Harharasudhan V., Shanmugam P. Modelling the Particulate Backscattering Coefficients of Turbid and Productive Coastal Waters // Ocean Science Journal. 2019. Vol. 54, iss. 2. P. 147–164. EDN QQEAFM. https://doi.org/10.1007/s12601-019-0012-z
  9. Joshi I. D., D'Sa E. J. An estuarine-tuned quasi-analytical algorithm (QAA-V): assessment and application to satellite estimates of SPM in Galveston Bay following Hurricane Harvey // Biogeosciences. 2018. Vol. 15, iss. 13. P. 4065–4086. https://doi.org/10.5194/bg-15-4065-2018
  10. 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. 2014. № 29. С. 5–9. EDN UXWYMX.
  11. Кукушкин А. С., Пархоменко А. В. Пространственно-временнáя изменчивость содержания взвешенного вещества в поверхностном слое открытой части Черного моря // Океанология. 2021. T. 61, № 2. С. 307–319. EDN EYVMTL. https://doi.org/10.31857/S0030157421010123
  12. Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины России, по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2017 гг. / О. В. Копелевич [и др.]. Москва : ООО «ВАШ ФОРМАТ», 2018. 140 с. EDN YOSZPV.
  13. Regional challenges concerning derivation of suspended particulate matter concentration and water turbidity from water reflectance. A case study in the western Black Sea / S. Constantin [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2024. Vol. 305. 108871. EDN ACNZHI. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2024.108871
  14. Global Estimation of Suspended Particulate Matter From Satellite Ocean Color Imagery / J. Wei [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2021. Vol. 126, iss. 8. e2021JC017303. EDN LFPKQX. https://doi.org/10.1029/2021JC017303
  15. Performance Evaluation of Inherent Optical Property Algorithms and Identification of Potential Water Quality Indicators Using GCOM-C Data in Eutrophic Lake Kasumigaura, Japan / M. Choto [et al.] // Remote Sensing. 2025. Vol. 17, iss. 9. 1621. EDN XMWUIM. https://doi.org/10.3390/rs17091621
  16. Lee Z. P., Carder K. L., Arnone R. A. Deriving inherent optical properties from water color: a multiband quasi-analytical algorithm for optically deep waters // Applied Optics. 2002. Vol. 41, iss. 27. P. 5755–5772. EDN LVCWJJ. https://doi.org/10.1364/AO.41.005755
  17. 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. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-5-595-605
  18. Dihkan M., Karsli F., dan Guneroglu A. Mapping Total Suspended Matter Concentrations in the Black Sea using Landsat TM Multispectral Satellite Imagery // Fresenius Environmental Bulletin. 2011. Vol. 20, iss. 1a. P. 262–269.
  19. Comparison of In Situ and Remote-Sensing Methods to Determine Turbidity and Concentration of Suspended Matter in the Estuary Zone of the Mzymta River, Black Sea / K. Nazirova [et al.] // Remote Sensing. 2021. Vol. 13, iss. 1. 143. EDN UCCCFT. https://doi.org/10.3390/rs13010143
  20. Zhang X., Hu L., He M.-X. Scattering by pure seawater: Effect of salinity // Optics Express. 2009. Vol. 17, iss. 7. P. 5698–5710. https://doi.org/10.1364/OE.17.005698
  21. Pope R. M., Fry E. S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. II. Integrating cavity measurements // Applied Optics. 1997. Vol. 36, iss. 33. P. 8710–8723. https://doi.org/10.1364/AO.36.008710
  22. Связь пространственной структуры концентрации общего взвешенного вещества и гидрологических параметров в северной части Черного моря по данным контактных измерений / А. А. Латушкин [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 2. С. 124–137. EDN QFVMZB. https://doi.org/10.48612/fpg/4heu-kxbn-gg7t
  23. Распространение вод из Керченского пролива в Черное море / А. А. Алескерова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 53–64. EDN YLLPXN. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2017-6-53-64
  24. Role of suspended matter in controlling beryllium-7 (7Be) in the Black Sea surface layer / D. A. Kremenchutskii [et al.] // Journal of Marine Systems. 2021. Vol. 217. 103513. EDN ARNRWT. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2021.103513
  25. Комплексные исследования Черного моря в 101-м рейсе научно-исследовательского судна «Профессор Водяницкий» / А. А. Клювиткин [и др.] // Океанология. 2019. Т. 59, № 2. С. 315–318. EDN ZKXFXF. https://doi.org/10.31857/S0030-1574592315-318
  26. Ломакин П. Д., Чепыженко А. И., Чепыженко А. А. Поле концентрации общего взвешенного вещества в Керченском проливе на базе оптических наблюдений // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 65–77. EDN YLLPXW. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2017-6-65-77

Файлы

Полный текст

JATS XML

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.