Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря
Рассматривается задача определения оптических характеристик верхнего слоя моря по спутниковым измерениям. Использованы специальным образом отобранные данные прибора SeaWiFS, полученные при благоприятных атмосферных условиях. Выполнен анализ относительного вклада растворенного в воде желтого вещества...
Saved in:
| Published in: | Морской гидрофизический журнал |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105132 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря / В.С. Суетин, С.Н. Королев, А.А. Кучерявый // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 3. — С. 77-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-105132 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Суетин, В.С. Королев, С.Н. Кучерявый, А.А. 2016-08-07T12:39:26Z 2016-08-07T12:39:26Z 2014 Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря / В.С. Суетин, С.Н. Королев, А.А. Кучерявый // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 3. — С. 77-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105132 551.46.08 Рассматривается задача определения оптических характеристик верхнего слоя моря по спутниковым измерениям. Использованы специальным образом отобранные данные прибора SeaWiFS, полученные при благоприятных атмосферных условиях. Выполнен анализ относительного вклада растворенного в воде желтого вещества и фитопланктона в общее поглощение света в различных участках спектра. Розглядається задача визначення оптичних характеристик верхнього шару моря за супутниковими дослідженнями. Використані спеціальним чином відібрані дані приладу SeaWiFS, отримані за сприятливих атмосферних умов. Виконано аналіз відносного внеску розчиненої у воді жовтої речовини та фітопланктону в загальне поглинання світла в різних ділянках спектру. Problem of estimating optical characteristics of the sea upper layer using satellite measurements is considered. Specially selected SeaWiFS data obtained under favorable atmospheric conditions is used. Relative contributions of dissolved yellow substance and phytoplankton to total light absorption in different spectral bands are analyzed. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Морской гидрофизический журнал Спутниковая гидрофизика Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря |
| spellingShingle |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря Суетин, В.С. Королев, С.Н. Кучерявый, А.А. Спутниковая гидрофизика |
| title_short |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря |
| title_full |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря |
| title_fullStr |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря |
| title_full_unstemmed |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря |
| title_sort |
использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод черного моря |
| author |
Суетин, В.С. Королев, С.Н. Кучерявый, А.А. |
| author_facet |
Суетин, В.С. Королев, С.Н. Кучерявый, А.А. |
| topic |
Спутниковая гидрофизика |
| topic_facet |
Спутниковая гидрофизика |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Морской гидрофизический журнал |
| publisher |
Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| format |
Article |
| description |
Рассматривается задача определения оптических характеристик верхнего слоя моря по спутниковым измерениям. Использованы специальным образом отобранные данные прибора SeaWiFS, полученные при благоприятных атмосферных условиях. Выполнен анализ относительного вклада растворенного в воде желтого вещества и фитопланктона в общее поглощение света в различных участках спектра.
Розглядається задача визначення оптичних характеристик верхнього шару моря за супутниковими дослідженнями. Використані спеціальним чином відібрані дані приладу SeaWiFS, отримані за сприятливих атмосферних умов. Виконано аналіз відносного внеску розчиненої у воді жовтої речовини та фітопланктону в загальне поглинання світла в різних ділянках спектру.
Problem of estimating optical characteristics of the sea upper layer using satellite measurements is considered. Specially selected SeaWiFS data obtained under favorable atmospheric conditions is used. Relative contributions of dissolved yellow substance and phytoplankton to total light absorption in different spectral bands are analyzed.
|
| issn |
0233-7584 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/105132 |
| citation_txt |
Использование спутниковых наблюдений для определения спектральных зависимостей оптических характеристик вод Черного моря / В.С. Суетин, С.Н. Королев, А.А. Кучерявый // Морской гидрофизический журнал. — 2014. — № 3. — С. 77-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT suetinvs ispolʹzovaniesputnikovyhnablûdeniidlâopredeleniâspektralʹnyhzavisimosteioptičeskihharakteristikvodčernogomorâ AT korolevsn ispolʹzovaniesputnikovyhnablûdeniidlâopredeleniâspektralʹnyhzavisimosteioptičeskihharakteristikvodčernogomorâ AT kučerâvyiaa ispolʹzovaniesputnikovyhnablûdeniidlâopredeleniâspektralʹnyhzavisimosteioptičeskihharakteristikvodčernogomorâ |
| first_indexed |
2025-11-27T02:16:36Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:16:36Z |
| _version_ |
1850790829763854336 |
| fulltext |
© В.С. Суетин, С.Н. Королев, А.А. Кучерявый, 2014
Спутниковая гидрофизика
УДК 551.46.08
В.С. Суетин, С.Н. Королев, А.А. Кучерявый
Использование спутниковых наблюдений
для определения спектральных зависимостей
оптических характеристик вод Черного моря
Рассматривается задача определения оптических характеристик верхнего слоя моря по
спутниковым измерениям. Использованы специальным образом отобранные данные прибора
SeaWiFS, полученные при благоприятных атмосферных условиях. Выполнен анализ относи-
тельного вклада растворенного в воде желтого вещества и фитопланктона в общее поглощение
света в различных участках спектра.
Ключевые слова: Черное море, спутниковые наблюдения, спектральные зависимости, оп-
тические характеристики.
Введение. Полезным источником информации о сложной и многообраз-
ной изменчивости оптических свойств вод Черного моря могут служить
спутниковые наблюдения в видимом диапазоне спектра такими приборами
как SeaWiFS, MODIS и др. Установленная на спутнике аппаратура регистри-
рует уходящее в космос излучение различных длин волн λ; например, входя-
щие в состав прибора SeaWiFS восемь спектральных каналов фиксируют из-
лучение в диапазоне λ от 412 до 865 нм. В настоящее время существует
большое количество способов и алгоритмов обработки данных спутниковых
измерений, предназначенных для определения ряда параметров морской во-
ды и атмосферы над морем. Некоторые из таких алгоритмов реализованы в
системе массовой операционной обработки данных глобальных космических
наблюдений Мирового океана, накапливаемых в архиве NASA.
Чтобы лучше понимать и эффективно использовать такую информацию,
полезно детально рассмотреть некоторые наиболее характерные примеры,
отражающие специфические особенности вод Черного моря. С этой целью в
работе [1] выполнен сравнительный анализ различных способов определения
спектральных зависимостей показателей поглощения a(λ) и обратного рас-
сеяния bb(λ) света в приповерхностном слое воды по наблюдениям, относя-
щимся к открытой части Черного моря в летний сезон. Измерения величин
a(λ) и bb(λ) важны для правильной интерпретации результатов наблюдений
разнообразных гидрофизических процессов, моделирования условий форми-
рования светового поля в море и т. п.
По своему содержанию настоящая работа служит продолжением и разви-
тием статьи [1]. Ее целью является выполнение детального анализа задачи
определения a(λ) и bb(λ) с использованием измерений по всем спектральным
каналам прибора SeaWiFS. В отличие от статьи [1] здесь рассматриваются
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 77
ситуации с повышенным содержанием примесей и даются оценки относи-
тельной роли различных составляющих поглощения света в морской воде.
Тестовые данные. На одном из первых этапов обработки результатов
спутниковых наблюдений при устранении атмосферных помех вычисляются
спектральные коэффициенты яркости моря Rrs(λ), которые в дальнейшем
служат входными параметрами в расчетах характеристик морской воды. Как
известно, учет атмосферных эффектов представляет собой серьезную про-
блему, и для Черного моря результаты определения Rrs(λ) могут содержать
существенные ошибки. Главная причина возникновения ошибок состоит в
отличии оптических свойств реального атмосферного аэрозоля от тех моде-
лей, которые заложены в созданную в NASA систему обработки данных гло-
бальных спутниковых наблюдений. В районах, подверженных воздействиям
со стороны суши, это отличие прежде всего заключается в повышенном и
сильно меняющемся содержании таких составляющих аэрозоля, как про-
мышленные выбросы, продукты горения растительности, частицы почвенной
пыли. Вместе с тем атмосфера над Черным морем претерпевает значитель-
ную изменчивость, и можно предполагать, что в отдельных ситуациях ре-
зультаты определения Rrs(λ) обладают вполне приемлемой точностью. Про-
веденный ниже анализ основывается на использовании специальным образом
выбранных из архива NASA съемок Черного моря, выполненных при благо-
приятных атмосферных условиях. Отбор тестовых данных производился с
помощью критериев, подробно описанных в работе [1].
Полученные при этом спектральные зависимости Rrs (λ) представлены на
рис. 1 (в табл. 1 содержатся соответствующие координаты и даты проведения
выбранных нами измерений). Для 13.11.1999 г., 10.10.2006 г. и 18.10.2007 г.
Rrs (λ) определены по данным космических съемок прибором SeaWiFS, а для
14.09.2000 г. использованы приведенные в работе [2] результаты измерений,
выполненных в ходе экспедиции в северо-восточной части Черного моря
плавающим на поверхности воды радиометром. Спектральные каналы при-
бора SeaWiFS с λ > 555 нм в рассматриваемых нами ситуациях малоинформа-
тивны, поэтому графики на рис. 1 построены по величинам Rrs (λ) для λ = 412,
443, 490, 510, 555 нм. Заметим, что для удобства их сопоставления один из
спектров продублирован на рис. 1, а и 1, б. Кроме координат и времени изме-
рений в табл. 1 содержатся также соответствующие значения концентрации
хлорофилла a (Ca) в приповерхностном слое моря. Для 14.09.2000 г. приве-
денная здесь концентрация хлорофилла a взята из работы [2], где она опреде-
лена по натурным данным с помощью обычного применяемого в биологии
моря спектрофотометрического метода. Для остальных дней значения Ca
представляют собой результаты обработки спутниковых измерений по стан-
дартному алгоритму NASA. Другие данные и обозначения в таблице будут
пояснены ниже.
Космическая съемка 13.11.1999 г. интересна тем, что при ее интерпрета-
ции можно воспользоваться опубликованными в статье [3] данными прямых
измерений концентрации хлорофилла а в пробах воды, взятых в центре за-
падной части Черного моря. Представленный на рис. 1 спектр Rrs(λ) для
13.11.1999 г. получен по спутниковым измерениям, близким по координатам
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 78
к точке отбора проб. В течение ноября 1999 г. здесь наблюдалась значитель-
ная изменчивость оптических параметров атмосферы и большая часть пло-
щади моря была накрыта облаками. Поэтому результаты спутниковых изме-
рений 13.11.1999 г. были осреднены по небольшому участку, который вклю-
чает в себя пять отсчетов на изображениях, представленных в формате
Level-2 с пространственным разрешением 1 км (соответственно в табл. 1 при-
ведены средние значения координат). Для интервала времени с сентября по
декабрь 1999 г. в статье [3] приведена оценка суммарной концентрации хло-
рофилла а и феофитина: 1,00 ± 0,22 мг⋅м−3. Там же отмечено, что на феофи-
тин приходилось около 10%, следовательно, можно считать, что найденное
по спутниковым измерениям значение Са (см. табл. 1) хорошо согласуется с
оценкой из работы [3].
P и с. 1. Использованные в тестовых расчетах эмпирические спектральные зависимости Rrs(λ)
в Черном море: 1 – 13.11.1999 г.; 2 и 5 – 18.10.2007 г.; 3 – 10.10.2006 г. (45,46° с. ш.); 4 –
14.09.2000 г.; 6 – 10.10.2006 г. (45,88° с. ш.)
Т а б л и ц а 1
Результаты тестовых расчетов оптических характеристик воды
по формулам из работы [5]
Дата Координаты
a(510), м−1 bb(555), м−1 Ca, мг⋅м−2 ° с. ш. ° в. д.
13.11.1999 г. 42,86 30,94 0,072 0,0051 1,05
14.09.2000 г. 44,51 37,84 0,054 0,0036 0,41
10.10.2006 г. 45,46 31,71 0,071 0,0030 1,10
10.10.2006 г. 45,88 31,71 0,099 0,0044 1,82
18.10.2007 г. 43,67 33,06 0,077 0,0042 1,15
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 79
Над большой площадью моря 18.10.2007 г. не было облаков, и атмосфера
имела высокую прозрачность. Исходя из результатов предварительного ана-
лиза можно заключить, что в этот период времени в оптических свойствах
воды в глубоководной части моря проявилось обычное для осеннего сезона
повышение содержания хлорофилла a. Представленный на рис. 1 спектр
Rrs(λ) для 18.10.2007 г. определен путем осреднения по четырем отсчетам
данных формата Level-3. Их расположение показано на карте рис. 2, б кре-
стиками. Заметим, что формат Level-3 – это осредненные по пространствен-
ным ячейкам размером ∼ 9 × 9 км и приведенные к узлам регулярной коорди-
натной сетки итоговые продукты обработки, для которых выполнены все не-
обходимые операции преобразований, включая отбраковку плохо пригодных
для использования отсчетов по ряду формальных критериев.
Р и с. 2. Расположение тестовых участков и пространственные распределения Ca(мг⋅м−3) в
рассматриваемых районах Черного моря по данным спутниковых наблюдений 10.10.2006 г. (а)
и 18.10.2007 г. (б)
В отличие от 1999, 2000 гг. для 2007 г. нет прямых измерений Ca , но тем
не менее по аналогии с данными 1999 г. и полученными ранее в статье [4]
результатами для осени 1998 г. логично считать, что для него содержащиеся
в архиве NASA результаты расчета Ca по спутниковым измерениям являются
правильными. Напомним, что в [4], после устранения явных атмосферных
искажений, было установлено, что для глубоководной части Черного моря
вычисленная для осени 1998 г. по данным SeaWiFS концентрация хлорофилла
а совпадает с данными in situ из работы [3].
По результатам спутниковой съемки 10.10.2006 г. для сравнения были
выбраны два спектра Rrs(λ) в северо-западной части Черного моря. Эти спек-
тры получены при практически одинаковых атмосферных условиях, но в уча-
стках с сильно различающейся концентрацией хлорофилла a (см. карту на
рис. 2, а). В этом районе моря оптические характеристики воды претерпевают
резкую изменчивость, поэтому рассматриваемые спектры Rrs(λ) соответству-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 80
ют единичным отсчетам формата Level-3. Их расположение показано на карте
рис. 2, а крестиками.
Выбранные примеры относятся к ситуациям с повышенным содержанием
хлорофилла а в разных районах и наглядным образом отражают разнообразие
изменчивости оптических свойств вод Черного моря. Поэтому они могут
быть использованы в тестовых расчетах для оценки информативности спут-
никовых наблюдений. Отметим, что спектры Rrs(λ) на рис. 1, а имеют при-
мерно одинаковую форму, но различаются по уровню при всех λ, тогда как
представленные на рис. 1, б Rrs(λ) совпадают при λ ≥ 555 нм, но различаются
для всех других длин волн.
Как известно, изменчивость величин Rrs(λ) в первую очередь определяет-
ся двумя основными оптическими параметрами – показателями поглощения
a(λ) и обратного рассеяния bb(λ) света в приповерхностном слое моря, кото-
рые, в свою очередь, зависят от количества, состава и свойств примесей в во-
де (взвешенных частиц, растворенных веществ и т. п.). Простейшую интер-
претацию представленных на рис. 1 спектров можно дать с помощью пред-
ложенного в статье [5] оценочного способа определения величин a(510) и
bb(555), которые собственно и характеризуют основное действие поглощения
и рассеяния света в воде. Заметим, что в формулах, используемых для вычис-
ления этих величин, фигурируют измерения только по двум спектральным
каналам с длинами волн 510 и 555 нм, для которых в наименьшей степени
проявляются атмосферные искажения.
Результаты расчетов а(510) и bb(555) приведены в табл. 1. В полученных
оценках отчетливо проявляется главная тенденция, состоящая в независимой
изменчивости показателей поглощения и рассеяния света в Черном море, и
содержится объяснение основных наблюдаемых различий в графиках на
рис. 1: приведенным на рис. 1, а спектрам соответствуют одинаковые a(510),
но разные bb(555), тогда как для графиков на рис. 1, б, наоборот, при одина-
ковых bb(555) имеем разные a(510).
Спектральные зависимости оптических параметров. Приведенные в
табл. 1 оценки показателей поглощения и обратного рассеяния света дают в
известной мере ограниченное представление об оптических характеристиках
морской воды. Более полная информация может быть получена, если исполь-
зовать результаты одновременных измерений по всем спектральным каналам
спутникового прибора. Систематическое изложение существующих подходов
к этой задаче дано в работе [6]. Ключевой их смысл состоит в поиске модель-
ных аппроксимаций рассматриваемых эмпирических Rrs(λ) для всех λ из ви-
димого участка спектра. Согласно [6], такие методы в первую очередь пред-
назначены для условий открытого океана. Вместе с тем известно, что оптиче-
ские свойства вод в Черном море и океане различаются, в частности, вследст-
вие повышенного поглощения света желтым веществом [7, 8]. В связи с этим
интересно выяснить, что получается при использовании этих методов для
Черного моря.
Моделирование величин Rrs(λ) выполняется с помощью выражения
Rrs(λ) = F [a(λ), bb(λ)], вид которого задается, как в работе [9]. Для задания
спектров bb(λ) применяется обычная параметризация: bb(λ) = bbw(λ) + bbp(λ);
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 81
bbp(λ) = bbp(555)⋅(555/λ)n. Здесь индексами w и p отмечены постоянная и пе-
ременная составляющие, обусловленные обратным рассеянием света чистой
морской водой и частицами взвеси. Спектры a(λ) представляются как a(λ) =
= aw(λ) + aph(λ) + adg(λ), т. е. в виде суммы постоянной составляющей погло-
щения света чистой морской водой и переменных составляющих, описываю-
щих поглощение фитопланктоном и растворенным в воде желтым веществом
(в комбинации с поглощением света детритом). Спектральная зависимость
adg(λ) определяется обычной формулой: adg(λ) = adg(443) exp [– S(λ – 443)].
Вариации слагаемого aph(λ) параметризуются через концентрацию хлорофил-
ла а по модели из статьи [10], в которой значения Са берутся из табл. 1. В
итоге выполняется аппроксимация эмпирических спектров Rrs(λ) как функ-
ции от λ модельными соотношениями по оптимальным значениям величин
bbp(555) и adg(443).
Для поиска оптимального решения применяется итерационная процедура
нелинейного метода наименьших квадратов, в которой реализована миними-
зация величины µ = Σ [δRrs(λj) ]2 . Здесь δRrs(λj) – разности между эмпириче-
скими и модельными значениями Rrs(λj), j = 1, … , 5 – номера спектральных
каналов прибора SeaWiFS. Показателем точности модельного описания эм-
пирических спектров Rrs(λ) служит величина D = (µ0/5)1/2 , где µ0 = min µ.
Основные результаты моделирования представлены в табл. 2 и на рис. 3.
Приведенные в табл. 2 величины bb(555) и adg(443) получены в результате
решения оптимизационной задачи, а другие параметры вычислены с исполь-
зованием описанных выше модельных связей. Отметим, что с учетом посто-
янной величины bbw(555) = 0,00095 м−1 здесь для наглядности приведены
суммарные значения bb(555) = bbw(555) + bbp(555).
Т а б л и ц а 2
Результаты расчетов оптических характеристик воды с использованием
измерений по всем спектральным каналам прибора SeaWiFS
Варианты D⋅106, ср−1 bb(555), м−1 adg(443), м−1 aph(443), м−1 a(443), м−1 a(510), м−1
13.11.1999 г. 82 0,00495 0,065 0,040 0,112 0,071
14.09.2000 г. 55 0,00355 0,057 0,022 0,086 0,059
10.10.2006 г.
(45,46° с.ш.)
207
0,00310
0,087
0,042
0,135
0,078
10.10.2006 г.
(45,88° с.ш.)
146
0,00420
0,106
0,058
0,172
0,085
18.10.2007 г. 54 0,00424 0,078 0,043 0,128 0,076
При выполнении расчетов параметры n и S были заданы в соответствии с
работами [7, 11, 12]. Для всех вариантов, кроме одного, относящегося к более
близкому к берегу участку на съемке 10.10.2006 г. (45,88° с. ш.), n = 1,
S = 0,018 нм−1; для указанного участка предпочтительнее оказались значения
n = 0,5, S = 0,020 нм−1.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 82
Р и с. 3. Результаты определения спектральных зависимостей a(λ), bb(λ) и их составляющих
по данным за 13.11.1999 г. (а, б) и 14.09.2000 г. (в, г): 1 – a; 2 – adg; 3 – aph; 4 – aw; 5 – bb; 6 – bbp;
7 – bbw
Полученные D близки к нулю, особенно для вариантов за 1999, 2000 и
2007 гг., которые интересны в первую очередь, поскольку для них концен-
трация хлорофилла а в воде считается известной. Небольшое отличие вели-
чины D от нуля обусловлено как возможными остаточными погрешностями
определения Rrs(λ), так и действием реальных факторов, которые не в полной
мере учитываются в модели.
Исходя из того, что полученные в расчетах значения D все же близки к
нулю, использованные здесь модельные представления и найденные на их
основе решения можно считать адекватными для рассматриваемых ситуаций
в Черном море. Интересно отметить также, что значения a(510), bb(555) в
табл. 2 находятся в согласии с данными из табл. 1, что является дополнитель-
ным свидетельством достаточно высокой точности предложенных в статье
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 83
[5] упрощенных формул и правильности полученных здесь решений оптими-
зационной задачи.
Результаты расчетов позволяют составить представление об особенно-
стях вариаций и относительной роли каждой из составляющих, которые ока-
зывают влияние на поглощение и обратное рассеяние света в различных уча-
стках спектра. Как и можно было ожидать, характеристики поглощения для
варианта 14.09.2000 г. существенно меньше, чем в другие дни, когда концен-
трация хлорофилла а в воде была более чем в два раза выше. В рассматри-
ваемых примерах основной вклад в поглощение света вносит составляющая
adg. При этом для тестовых вариантов с различной концентрацией хлорофил-
ла а соотношения между величинами a, adg, aph и Са заметно различаются.
Основная тенденция состоит в том, что изменения adg оказываются менее вы-
раженными по сравнению с вариациями aph и при меньшем уровне Са доми-
нирование adg над aph проявляется сильнее. Так, например, для 14.09.2000 г.
значения aph(443) примерно в два раза ниже, чем для 13.11.1999 г., но разли-
чие в величине adg составляет меньше 15%. Вместе с тем для 14.09.2000 г.
величина adg (443) оказалась почти в три раза больше, чем aph, но для
13.11.1999 г. adg превышает aph только примерно в полтора раза.
Аналогичная тенденция прослеживается на рис. 3, который иллюстриру-
ет спектральные зависимости a(λ), bb(λ) вместе с составляющими их компо-
нентами. В различных участках спектра наблюдается существенное различие
вклада тех или иных составляющих поглощения и рассеяния света в воде,
чем, по сути, и обусловлена возможность раздельного вычисления a(λ), bb(λ)
через измеренные спектры Rrs(λ). Заметим, что на рис. 3 данные для λ =
= 670 нм не показаны, поскольку в этом участке спектра доминирующим яв-
ляется влияние постоянного поглощения aw.
Эффекты рассеяния характеризуются тем, что основной вклад в него
вносит составляющая bbp, но в синем участке спектра при низком содержании
взвешенных частиц составляющие bbp и bbw оказываются примерно одинако-
выми.
Обсуждение результатов. Приведенные в табл. 2 и на рис. 3 данные от-
ражают фактические особенности изменчивости оптических свойств вод
Черного моря. Заметим, что близкие по смыслу результаты и выводы сфор-
мулированы в статье [11] на основе анализа натурных данных и в работах [7,
8] при интерпретации спутниковых наблюдений. Полученные нами результа-
ты содержат более детальный анализ и интересны тем, что характеризуют
конкретные ситуации в глубоководной части моря для осеннего сезона с по-
вышенным содержанием хлорофилла а в воде.
В методах из работы [6] не предполагается, что концентрация хлорофил-
ла а известна, поэтому, строго говоря, изложенные выше расчеты выполнены
не в точном соответствии с этой работой. В то же время использование таких
тестовых данных, для которых можно заранее зафиксировать Са, позволило
повысить надежность оценок поглощения света отдельными компонентами в
модели. Дело в том, что решение более общей задачи с включением Са в чис-
ло неизвестных может быть неустойчивым по отношению к разнообразным
неточностям в модели и в исходных данных. При этом, если не интересовать-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 84
ся отдельными составляющими полного поглощения, а рассматривать только
a(λ) и bb(λ), то такая неустойчивость не будет играть существенной роли.
В качестве примера в табл. 3 приведены результаты модельных расчетов
по измерениям за 13.11.1999 г. для вариантов с различными фиксированными
значениями Са. Здесь мы видим, что результаты определения величин D, a(λ)
и bb(λ) довольно слабо зависят от исходной концентрации хлорофилла а. Как
и можно было ожидать, экстремум D находится при значении Са , совпадаю-
щем с реальной концентрацией хлорофилла а в море. В то же время при ис-
пользовании в расчетах ошибочных значений Са величина aph(λ) вычисляется
слишком грубо.
Т а б л и ц а 3
Результаты расчетов оптических характеристик воды
по измерениям за 13.11.1999 г. при фиксированных значениях Са
Са, мг⋅м−3 D⋅106, ср−1 bb(555), м−1 adg(443), м−1 aph(443), м−1 a(443), м−1 a(510), м−1
0,5 122 0,00445 0,070 0,025 0,102 0,064
1,05 82 0,00495 0,065 0,040 0,112 0,071
1,5 121 0,00523 0,061 0,051 0,119 0,075
Выводы. Таким образом, рассмотренные примеры позволяют лучше по-
нять основные закономерности, проявляющиеся при определении оптических
параметров вод Черного моря, показывают возможности интерпретации
спутниковых наблюдений в терминах спектральных зависимостей отдельных
составляющих поглощения и обратного рассеяния света в верхнем слое моря.
На основе отбора данных, полученных при благоприятных атмосферных ус-
ловиях, и проведения детального моделирования спектральных зависимостей
коэффициентов яркости морской поверхности установлено, что соотношение
между вкладами желтого вещества и фитопланктона в поглощение света в
различных условиях существенно различается. Основной вклад в поглощение
света вносит составляющая adg, относительные изменения которой, однако,
выражены слабее по сравнению с вариациями aph. При низком уровне Са до-
минирование составляющей поглощения adg над aph проявляется в большей
мере.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суетин В.С., Королев С.Н., Суслин В.В., Кучерявый А.А. Сравнительный анализ методов
определения оптических параметров Черного моря по данным спутниковых измерений
// Морской гидрофизический журнал. – 2011. – № 2. – C. 33 – 42.
2. Буренков В.И., Копелевич О.В., Шеберстов С.В. и др. Оптический мониторинг биоло-
гического и экологического состояния Черного моря // Комплексные исследования се-
веро-восточной части Черного моря / Под ред. А.Г. Зацепина, М.Ф. Флинта. – М.: Нау-
ка, 2002. – С. 417 – 432.
3. Берсенева Г.П., Чурилова Т.Я., Георгиева Л.В. Сезонная изменчивость хлорофилла и
биомассы фитопланктона в западной части Черного моря // Океанология. – 2004. – 44,
№ 3. – С. 389 – 398.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 85
4. Суетин В.С., Королев С.Н., Суслин В.В., Кучерявый А.А. Уточненная интерпретация
данных наблюдений Черного моря спутниковым прибором SeaWiFS осенью 1998 г. //
Морской гидрофизический журнал. – 2008. – № 2. – C. 68 – 79.
5. Суетин В.С., Суслин В.В., Королев С.Н., Кучерявый А.А. Оценка изменчивости оптиче-
ских свойств воды в Черном море летом 1998 года по данным спутникового прибора
SeaWiFS // Там же. − 2002. − № 6. − C. 44 – 54.
6. Remote Sensing of Inherent Optical Properties: Fundamentals, Tests of Algorithms, and Ap-
plications / Ed. Z.-P. Lee // Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group. −
Canada, Dartmouth: IOCCG, 2006. – № 5. – 126 p.
7. Burenkov V.I., Kopelevich O.V., Sheberstov S. et al. Bio-optical characteristics of the Aegean
Sea retrieved from satellite ocean color data // The Eastern Mediterranean as a Laboratory Ba-
sin for the Assessment of Contrasting Ecosystems / Eds. P. Malanotte-Rizzoli, V.N. Eremeev.
– Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1999. – P. 313 − 326.
8. Suslin V.V., Suetin V.S., Korolev S.N., Kucheryavyi A.A. Use of SeaWiFS data to estimate
water optical properties of the Black Sea // Proc. of SPIE. V. 6615. Current research on Re-
mote sensing, laser probing and imagery in natural waters. – 2007. – Paper № 6615-08. – 9 p.
9. Gordon H.R., Brown O.B., Evans R.H. et al. A semianalytic radiance model of ocean color //
J. Geophys. Res. – 1988. – 93, № D9. − P. 10909 – 10924.
10. Bricaud A., Babin M., Morel A. et al. Variability in the chlorophyll-specific absorption coeffi-
cients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization // Ibid. – 1995. – 100, № C7. –
P. 13321 − 13332.
11. Чурилова Т.Я., Суслин В.В., Сосик Х.М. Спектральная модель подводной облученности
в Черном море // Морской гидрофизический журнал. − 2009. − № 6. − C. 33 – 46.
12. Суслин В.В., Чурилова Т.Я. Упрощенный метод расчета спектрального диффузного
коэффициента ослабления света в верхнем слое Черного моря на основе спутниковых
данных // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное
использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2010. –
Вып. 22. – С. 47 – 60.
Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил
Севастополь в редакцию 15.01.13
АНОТАЦІЯ Розглядається задача визначення оптичних характеристик верхнього шару моря за
супутниковими дослідженнями. Використані спеціальним чином відібрані дані приладу
SeaWiFS, отримані за сприятливих атмосферних умов. Виконано аналіз відносного внеску роз-
чиненої у воді жовтої речовини та фітопланктону в загальне поглинання світла в різних ділян-
ках спектру.
Ключові слова: Чорне море, супутникові спостереження, спектральні залежності, оптичні
характеристики.
ABSTRACT Problem of estimating optical characteristics of the sea upper layer using satellite meas-
urements is considered. Specially selected SeaWiFS data obtained under favorable atmospheric condi-
tions is used. Relative contributions of dissolved yellow substance and phytoplankton to total light
absorption in different spectral bands are analyzed.
Keywords: Black Sea, satellite remote sensing, spectral dependences, optical characteristics.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2014, № 3 86
|