Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года
Приводятся результаты выполненных в сентябре 2008 г. на океанографической платформе в районе пос. Кацивели измерений оптических характеристик вод (показателя ослабления направленного света, индикатрисы рассеяния, коэффициента яркости моря, глубины видимости белого диска) и оптических характеристик а...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Морской гидрофизический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56748 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года / В.И. Маньковский, Г.А. Толкаченко, Е.Б. Шибанов, О.В. Мартынов, Е.Н. Корчемкина, Д.В. Яковлева, И.А. Калинский // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 3. — С. 52-74. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860174586020102144 |
|---|---|
| author | Маньковский, В.И. Толкаченко, Г.А. Шибанов, Е.Б. Мартынов, О.В. Корчемкина, Е.Н. Яковлева, Д.В. Калинский, И.А. |
| author_facet | Маньковский, В.И. Толкаченко, Г.А. Шибанов, Е.Б. Мартынов, О.В. Корчемкина, Е.Н. Яковлева, Д.В. Калинский, И.А. |
| citation_txt | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года / В.И. Маньковский, Г.А. Толкаченко, Е.Б. Шибанов, О.В. Мартынов, Е.Н. Корчемкина, Д.В. Яковлева, И.А. Калинский // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 3. — С. 52-74. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Морской гидрофизический журнал |
| description | Приводятся результаты выполненных в сентябре 2008 г. на океанографической платформе в районе пос. Кацивели измерений оптических характеристик вод (показателя ослабления направленного света, индикатрисы рассеяния, коэффициента яркости моря, глубины видимости белого диска) и оптических характеристик атмосферы (аэрозольной оптической толщины, содержания паров, параметра Ангстрема). Проведен сравнительный анализ гидрооптических характеристик в разные годы. Определен оптический тип вод моря в период наблюдений.
Наводяться результати вимірювань у вересні 2008 р. на океанографічній платформі в районі сел. Кацивелі оптичних характеристик вод (показника ослаблення спрямованого світла, індикатриси розсіяння, коефіцієнта яскравості моря, глибини видимості білого диску) і оптичних характеристик атмосфери (аерозольної оптичної товщини, вмісту пари, параметра Ангстрема). Проведено порівняльний аналіз гідрооптичних характеристик в різні роки. Визначено оптичний тип вод моря в період спостережень.
Results of optical measurements carried out on the oceanographic platform in September, 2008 near Katsiveli are represented. The measurements include optical water parameters: beam attenuation coefficient, scattering indicatrix, seawater brightness coefficient, Secchi disk depth, and optical atmospheric parameters: aerosol optical thickness, precipitable water concentration, the Angstrom exponent for atmospheric aerosol. Comparative analysis of hydro-optical characteristics in different years is done. Optical type of seawater for the period of research is defined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:59:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
52
УДК 551.463.5:629.78
В.И. Маньковский, Г.А. Толкаченко, Е.Б. Шибанов, О.В. Мартынов,
Е.Н. Корчемкина, Д.В. Яковлева, И.А. Калинский
Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы
в районе Южного берега Крыма
в конце летнего сезона 2008 года
Приводятся результаты выполненных в сентябре 2008 г. на океанографической платформе
в районе пос. Кацивели измерений оптических характеристик вод (показателя ослабления на-
правленного света, индикатрисы рассеяния, коэффициента яркости моря, глубины видимости
белого диска) и оптических характеристик атмосферы (аэрозольной оптической толщины,
содержания паров, параметра Ангстрема). Проведен сравнительный анализ гидрооптических
характеристик в разные годы. Определен оптический тип вод моря в период наблюдений.
Введение
В сентябре 2008 г. отделом оптики моря Морского гидрофизического ин-
ститута (МГИ) НАН Украины были выполнены оптические исследования на
океанографической платформе, расположенной около южного побережья
Крымского п-ова в районе пос. Кацивели. Целями исследований являлись:
1) определение основных гидрооптических характеристик и оценка по
ним биооптического состояния вод моря;
2) исследование закономерностей формирования восходящего из моря
излучения, используемых в алгоритмах обработки измерений спутниковыми
оптическими сканерами;
3) определение оптических характеристик атмосферы, необходимых для
оптимизации регионального алгоритма атмосферной коррекции спутниковых
данных.
Состав измерений и аппаратура
В период с 9 по 15 сентября на платформе выполнены измерения: показа-
телей ослабления направленного света, относительной прозрачности и цвета
воды, индикатрис рассеяния света, коэффициентов яркости моря, оптических
характеристик атмосферы.
Проводились также сопутствующие гидрометеонаблюдения: облачности,
ветра, волнения, течений на поверхности моря.
Приведем далее данные об аппаратуре, которая использовалась при вы-
полнении измерений на океанографической платформе.
В.И. Маньковский, Г.А. Толкаченко, Е.Б. Шибанов, О.В. Мартынов, Е.Н. Корчемкина,
Д.В. Яковлева, И.А. Калинский, 2010
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
53
Океанографическая платформа:
– координаты 44° 23' 34,85''c.ш.; 33° 59' 04,09''в.д.
– расстояние от берега 420 м
– глубина моря под платформой (увеличивается от берега
в сторону моря) 28 – 33 м
Зондирующий прозрачномер [1]:
– спектральная область измерения, нм 660
– диапазон измерения показателя ослабления света, м-1 (lg) 0,01–1,4
– диапазон измерения температуры, °С 0 – 40
Лабораторный автоколлимационный прозрачномер [2]:
– спектральные участки измерений
показателя ослабления света
(интерференционные светофильтры), нм 432; 468; 490; 506; 527; 547;
567; 587; 610; 625; 640; 677
– диапазон измерений показателя
ослабления, м-1 (lg) 0,01 – 2,0
Спектральный нефелометр [3]:
– диапазон углов измерений индикатрисы рассеяния, град 0,5 – 178,5
– угловая дискретность измерений, град 0,25
– спектральные участки измерений
(интерференционные светофильтры), нм 380; 412; 435; 490; 560; 625; 780
Спектрофотометр для измерения коэффициентов яркости моря [4]:
– спектральный диапазон, нм 390 – 720
– спектральное разрешение, нм 5
– время измерения спектра яркости моря, мин 3
Переносной солнечный фотометр MICROTOPS II [5]:
– спектральные участки измерений, нм 440; 500; 675; 870; 936
– угол поля зрения, град 1,2
– время измерения во всех спектральных каналах, с 5
Методика измерений
Вертикальное распределение показателя ослабления света. Измере-
ния вертикального распределения показателя ослабления зондирующим про-
зрачномером производились в двух режимах:
1) измерение вертикального распределения показателя ослабления света
и температуры с последующим отбором проб воды из разных слоев моря;
2) исследование временной изменчивости вертикального распределения
прозрачности и температуры воды.
В первом режиме зондирований на тросе около прозрачномера крепился ба-
тометр, которым отбирались пробы воды для нефелометра и лабораторного про-
зрачномера. Во втором режиме проводились учащенные зондирования «до дна».
Спектральные показатели ослабления света. Измерения спектрально-
го распределения показателя ослабления света выполнялись в лаборатории в
пробах воды, отбиравшихся с поверхности моря – ведром, а из глубинных
слоев – батометром.
Индикатрисы рассеяния света. Индикатрисы рассеяния измерялись в
пробах воды, отбиравшихся с поверхности моря – ведром и с разных глу-
бин – батометром.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
54
Относительная прозрачность и цвет воды. Относительная прозрач-
ность (глубина видимости белого диска) и цвет воды измерялись с нижних
мостков платформы (высота над уровнем моря 1,5 м) при волнении до 3 бал-
лов. Использовался стандартный белый диск (диаметр 30 см) и шкала цвет-
ности морских вод (шкала Фореля – Уле). Измерения выполнялись с интер-
валом в 1 ч.
Спектры коэффициента яркости моря. Спектрофотометр устанавли-
вался с южной (мористой) стороны платформы на конце мостика, выступаю-
щего за край платформы на 3 м. До 14 ч это позволяло проводить измерения
без затенения платформой поверхности моря, находящейся в поле зрения фо-
тометра. Измерения выполнялись при волнении до 3 баллов и стабильных
условиях освещения.
Оптические характеристики атмосферы. Измерения производились
при отсутствии облачности, а также при частичном покрытии неба облаками,
не закрывавшими солнце. В каждой серии выполнялось 5 – 10 последова-
тельных измерений спектральной яркости солнечного диска с минимальными
перерывами между ними. При благоприятных условиях сеансы измерений
выполнялись с интервалом 15 мин.
Гидрометеоусловия во время наблюдений
С 9 по 12 сентября наблюдался ветер со скоростями 1 – 4 м·с-1 преимуще-
ственно западного направления. С 13 сентября направление ветра изменилось
на восточное, скорости 2 – 4 м·с-1, а 15 сентября ветер усилился до 6 – 7 м·с-1.
Волнение моря было в пределах 1 – 3 балла, 15 сентября с юго-востока
шла зыбь 4 – 5 баллов.
Течения на поверхности моря были западного направления. В последний
день наблюдений 15 сентября направление течения было неопределенным.
Облачность – переменная с плотностью покрытия небосвода ~ 10 – 70 %.
Результаты оптических исследований на платформе
Относительная прозрачность и цвет воды. Глубина видимости бело-
го диска Zd изменялась в пределах 12 – 17 м. На рис. 1 показан временной
ход осредненных величин Zd во время наблюдений.
Р и с. 1. Средняя для каждого дня наблюдений величина глубины видимости белого диска Zd
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
55
Отмечена связь величины Zd с направлением ветра. В период с 9 по 12 сен-
тября ветер был преимущественно западный, и средняя величина Zd составила
< Zd > = 15,4 м; 13 и 15 сентября при юго-восточном ветре < Zd > = 12,5 м.
Цвет воды при величине Zd = 16 – 17 м соответствовал NЦВ = 4 балла по
шкале цветности, что характеризуется как голубой, при Zd = 14 – 15 м и
NЦВ = 5 баллов – зеленовато-голубой, при Zd = 12 м и NЦВ = 6 баллов – зелено-
голубой. В табл. 1 приведены сравнительные данные о прозрачности и цвете
воды, полученные при измерениях, выполненных отделом оптики МГИ на
платформе в предыдущие годы.
Т а б л и ц а 1
Глубина видимости белого диска и цвет воды по измерениям
на океанографической платформе в 2001 – 2008 гг.
Zd, м NЦВ, балл
Год Дата
min max среднее СКО min max среднее
2001 19.07–26.08 8,5 15,0 10,7 1,4 5,0 6,0 5,6
2002 24.07–15.08 7,5 14,0 10,8 1,5 5,0 7,0 5,6
2003 12.07–29.07 11,0 16,5 13,5 1,2 – – –
2004 28.08–12.09 10,0 14,5 12,7 1,1 5,0 7,0 6,4
2007 04.07–21.07 10,0 17,5 13,6 1,3 4,0 6,0 4,7
2008 09.09–15.09 12,0 17,0 14,5 1,4 4,0 6,0 4,7
По среднемноголетним данным [6] в июле величина Zd в море равна
среднегодовой, а в августе – сентябре она возрастает (примерно на 10%).
Т а б л и ц а 2
Средняя величина глубины видимости белого диска по измерениям
на платформе в 2001 – 2008 гг. с учетом сезонной изменчивости Zd
2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2007 г. 2008 г.
10,1 10,1 13,5 11,7 13,6 13,4
В табл. 2 приведены осредненные значения Zd из табл. 1, скорректиро-
ванные на сезонную изменчивость. Из нее видно, что прозрачность воды по-
сле 2001 – 2002 гг. заметно увеличилась.
Вертикальное распределение показателя ослабления света. Наблюда-
лось типичное для данного сезона [7] вертикальное распределение показателя
ослабления света ε, характеризующееся наличием в море верхнего оптически
однородного слоя и резким увеличением ε в термоклине (рис. 2).
Р и с. 2. Типичное в период наблюдений вертикальное распределение температуры воды
(кривая 1) и показателя ослабления направленного света ε (кривая 2)
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
56
На рис. 3 показана связь ε с градиентом температуры в слое скачка: струк-
тура вертикального распределения ε четко изменяется с изменением dT/dZ.
Р и с. 3. Связь формы термоклинного максимума показателя ослабления света ε (кривая 2)
с вертикальным распределением градиента температуры воды (кривая 1) по данным наблюде-
ний за 15.09.2008 г.
Сопоставление осредненных профилей ε и градиента температуры
(рис. 4) показало, что величина ε под верхним однородным слоем начинала
возрастать в термоклине при градиенте dT/dZ > 0,1 °С·м-1. При зондирова-
ниях 15 сентября (рис. 3) наблюдались особенно высокие градиенты в слое
скачка, достигавшие 6 – 7 °С·м-1. В этих случаях зарегистрированы самые
высокие величины ε в слое скачка (0,5 – 0,6 м-1). Толщина мутного слоя на
уровне 0,5 (εмакс – εоднор) при этом составляла около 1 м. Глубина положения
максимума ε варьировала в пределах Н(εмакс) = 16 – 28 м, а величина ε в мак-
симуме претерпевала большие изменения: εмакс = 0,34 – 0,70 м-1. На рис. 5
приведен график вертикального распределения коэффициента вариации по-
казателя ослабления направленного света ε на разных глубинах: в верхнем
перемешанном слое Kвар = 2 – 3%, в термоклине он сильно возрастает до
Квар = 20 – 21%.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
57
Р и с. 4. Осредненные за период наблюдений вертикальные профили градиента температуры
воды (кривая 1) и показателя ослабления света ε (кривая 2)
Р и с. 5. Вертикальное распределение коэффициента вариации показателя ослабления света ε
за все дни наблюдений
Толщина верхнего однородного слоя составляла Ноднор = 10 – 27 м. Важно
отметить, что почти во всех случаях измерений глубины видимости белого
диска соблюдалось условие Zd ≤ Ноднор. Лишь в нескольких случаях величина
Zd превышала Ноднор на 1 – 2 м. То есть глубина видимости белого диска ха-
рактеризовала оптическое состояние только верхнего однородного слоя.
Р и с. 6. Временная изменчивость оптических характеристик воды днем 12 сентября: толщины
однородного слоя Ноднор, показателя ослабления в однородном слое εоднор, максимальной вели-
чины показателя ослабления в термоклине εмакс
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
58
При исследовании мезомасштабной временной изменчивости вертикаль-
ного распределения ε, производившемся путем многократного зондирования
с 9 до 16 ч 12 сентября, зарегистрированы изменения в течение этого време-
ни: толщины верхнего однородного слоя Ноднор = 10 – 16 м, показателя ослаб-
ления света в однородном слое εоднор = 0,28 – 0,30 м-1, показателя ослабления
в термоклине εмакс = 0,35 – 0,70 м-1 (рис. 6). Наблюдался тренд характеристик
однородного слоя: толщина однородного слоя уменьшилась, а показатель ос-
лабления света в однородном слое возрос.
Спектральное распределение показателя ослабления света. За время
эксперимента проведены измерения спектров показателя ослабления света в
пробах воды, отбиравшихся в поверхностном однородном слое, в слое с мак-
симальными величинами ε в термоклине и в придонном слое. На рис. 7 пред-
ставлено спектральное распределение ε в таких слоях.
Р и с. 7. Спектральное распределение показателя ослабления направленного света ε в различ-
ных слоях вод
Характерная черта спектров: в наиболее прозрачной воде (придонный
слой) величина ε в коротковолновой области (432 нм) значительно меньше,
чем в длинноволновой (677 нм), в мутной воде (слой скачка) величины ε в
этих участках спектра одинаковы.
Эволюция формы спектров связана с увеличением в более мутных водах
(много фитопланктона) содержания растворенных органических соединений
(желтое вещество), образующихся при разложении водорослей. Поглощение
света желтым веществом (ЖВ) наиболее сильно проявляется в коротковолно-
вой области спектра, быстро убывая с длиной волны: κ(λ)жв ~ С exp(–µλ), где
С – концентрация желтого вещества, µ = 0,015 – 0,019 нм-1. Вследствие этого
увеличение содержания ЖВ значительно больше сказывается на росте ε в ко-
ротковолновой области.
С особенностью спектрального хода поглощения света ЖВ связано и на-
блюдающееся в спектрах показателя ослабления света морских вод смещение
минимума: чем мутнее вода (выше концентрация ЖВ), тем дальше в длинно-
волновую область смещается минимум [8]. Кроме ЖВ, на смещение миниму-
ма на спектре ε в более мутных водах влияет увеличение в них рассеяния све-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
59
та, которое имеет спектральную зависимость, примерно обратно пропорцио-
нальную длине волны σ ~ λ-1. Эта закономерность наблюдалась и на спектрах
ε, измерявшихся на платформе (рис. 7): в придонной прозрачной воде мини-
мум находился на длине волны 506 нм, в мутной воде в термоклине – на
527 нм. Для сравнения: согласно работе [8], в водах южной части Ионическо-
го моря минимум на спектре находился на длине волны 468 нм и величина ε в
минимуме равнялась 0,044 м-1 (lg), в Мраморном море минимум был на
567 нм и величина ε в минимуме равнялась 0,480 м-1 (lg).
По измерениям ε на длине волны 640 нм рассчитано содержание взве-
си В в различных слоях воды (табл. 3). При этом использовалась формула из
работы [9]:
В, мг·л-1 = 3,4 ε(640) – 0,42. (1)
Величина ε в этой формуле берется при десятичном основании.
Т а б л и ц а 3
Концентрация взвеси в воде
Дата Глубина, м В, мг·л-1 Zd, м
09.09 0 0,35 15
10.09 0 0,34 16
10.09 0 0,42 14
12.09 18 1,08 –
12.09 25 0,35 –
15.09 0 0,53 12
В работе [10] для вод Черного моря установлена связь вероятности вы-
живания фотона, определяемой в гидрооптике как отношение показателя рас-
сеяния к показателю ослабления (Λ = σ /ε), с показателем ослабления направ-
ленного света ε на длине волны 525 нм:
Λ(525) = 0,98 – 0,0315/ε (525). (2)
Величина ε (525) берется при десятичном основании.
Оценка величины Λ(525) по этой формуле показала, что в верхнем одно-
родном слое в период наблюдений она составляла 0,73 – 0,80, в мутной воде
из слоя термоклина, взятой 12 сентября на глубине 18 м, Λ(525) = 0,90.
Показатель ослабления направленного света может быть определен по
глубине видимости белого диска. Из-за различного состава взвеси в водоемах
связь между этими величинами носит региональный характер. Для вод Черного
моря в работе [11] приводится формула определения средней величины пока-
зателя ослабления (длина волны 422 нм) в слое от поверхности до глубины Zd:
05,0/8,3(lg)ì,)422( d
-1
0 −=>< − Z
dZε . (3)
Стандартная ошибка данной регрессии Sy/x = 0,075 м-1 (lg). Формула (3)
получена по результатам наблюдений в 1977 – 1988 гг. По данным измерений
на платформе была произведена оценка репрезентативности этой формулы
для современного оптического состояния вод моря.
В нашем эксперименте показатель ослабления света на длине волны
422 нм не измерялся; он был рассчитан с использованием системы ортого-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
60
нальных векторов для ε в водах Черного моря из работы [12] и измерений по-
казателя ослабления на длине волны 432 нм:
ε (422) = <ε (422)>стат + CвесΨ (422), (4)
где <ε (422)>стат – средняя величина в статистическом массиве спектров ε,
Cвес – весовой коэффициент, Ψ (422) – величина первого ортогонального век-
тора на длине волны 422 нм. Коэффициент Свес определяется из уравнения:
ε (432)изм = <ε (432)>стат + CвесΨ (432). (5)
По результатам 7 одновременных измерений глубины видимости белого
диска Zd и показателя ослабления света ε (432) в пробах из верхнего однород-
ного слоя моря средние величины составили: Zd =15,4 м; ε (422)однор = 0,192 м-1.
Как указывалось выше, во время экспериментов на платформе глубина види-
мости белого диска не превышала толщину верхнего однородного слоя моря.
То есть можно принять ε (422)однор =
dZ−0)422(ε = 0,192 м-1. Расчет через Zd по
формуле (3) дает величину
dZ−0)422(ε = 0,196 м-1.
Сравнение показывает хорошее согласие величин ε, рассчитанных по
глубине видимости белого диска по формуле (3) и по данным измерений про-
зрачномером. Таким образом, формула (3) пригодна для практического ис-
пользования и при современном оптическом состоянии вод моря.
Индикатрисы рассеяния света. В ходе эксперимента на платформе вы-
полнены измерения индикатрис рассеяния света в 7 спектральных участках в
пробах воды, отбиравшихся из поверхностного однородного слоя, слоя тер-
моклина и придонного слоя.
Р и с. 8. Средние индикатрисы рассеяния света в различных участках спектра (от 380 до
780 нм) в пробах воды с поверхности моря (общая закономерность – с увеличением длины
волны значения показателя рассеяния для всех углов уменьшаются)
На рис. 8 показаны средние спектральные индикатрисы рассеяния в про-
бах воды с поверхности. Как обычно, показатели рассеяния света возрастают
с уменьшением длины волны, при которой измерялось рассеяние света. Ха-
рактер всех спектральных индикатрис на рис. 8 выглядит одинаковым, одна-
ко в области углов от 0 до 30° у них имеются различия в спектральных свой-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
61
ствах показателя рассеяния света. Они были выявлены при расчетах парамет-
ра γ, характеризующего спектральный наклон угловых показателей рассея-
ния σ (Θ, λ):
)(
00 )/)(,(),( ΘΘΘ γλλλσλσ = . (6)
Параметр γ содержит информацию о средних размерах частиц, рассеи-
вающих свет в данном направлении – чем больше величина γ, тем меньше
размер частиц.
На рис. 9 показана зависимость параметра γ от угла рассеяния для проб во-
ды, взятых в поверхностном однородном слое, и для пробы из слоя скачка, где
наблюдались высокие значения показателя ослабления и соответственно пока-
зателя рассеяния света. В поверхностных водах параметр γ, плавно снижаясь
при уменьшении угла рассеяния от 180 до 27°, затем начинает возрастать. В
воде из слоя скачка величины γ меньше, а минимум наблюдается на 30°.
Р и с. 9. Спектральный наклон угловых показателей рассеяния в воде из однородного слоя
(кривая 1) и из слоя термоклина (кривая 2)
Разница в величинах γ объясняется разным составом взвеси в пробах во-
ды, а именно: в мутной воде из слоя скачка высока концентрация фитопланк-
тона, т.е. во взвеси много крупных органических частиц. У таких частиц спек-
тральная изменчивость показателя рассеяния меньше по сравнению с мелкими
(минеральными) частицами, также содержащимися в морской взвеси. Вследст-
вие этого в мутной воде из слоя скачка параметр γ в целом меньше.
Наблюдающиеся минимумы на кривых спектрального наклона угловых
показателей рассеяния не могут быть объяснены в рамках классической тео-
рии рассеяния света при пространственно-равномерном распределении час-
тиц в воде. В работах [13, 14] показано, что наличие мелкодисперсной взвеси
приводит к образованию в воде разного размера кластеров упорядоченно
расположенных мелких частиц, между которыми наблюдаются пространст-
венные двумерные корреляции, вызывающие высокую анизотропию рассея-
ния света. Такие эффекты наблюдались при измерении индикатрис рассеяния
в чистой профильтрованной воде, не содержащей частиц размером более
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
62
0,2 мкм [13]. Согласно теории рассеяния на подобных структурах, развитой в
указанных работах, при определенном распределении кластеров по размерам
в области небольших углов рассеяния должен наблюдаться минимум спек-
трального наклона показателя рассеяния. В экспериментах на платформе та-
кой минимум наблюдался в области углов 27 – 30°. При некоторых предпо-
ложениях о размерах частиц мелкодисперсной взвеси, зная положение мини-
мума, можно оценить функцию распределения кластеров по размерам.
Кроме показателя суммарного рассеяния, определялись показатели об-
ратного рассеяния света β (λ), знание которых необходимо при модельных
расчетах спектральных коэффициентов яркости моря ρ (λ). Величины ρ (λ)
вычисляются через параметр Х(λ) = β (λ) / [β (λ) + κ (λ)], где κ (λ) – показа-
тель поглощения. Так как β (λ) < κ (λ), в расчетах часто используется упро-
щенная формула для параметра Х(λ) [15]:
X(λ) = [β (λ) / κ (λ)]. (7)
На рис. 10 показан спектральный ход показателя обратного рассеяния в
пробах воды из верхнего однородного слоя, когда спектрофотометром были
измерены спектры с максимальным и минимальным значениями коэффици-
ента яркости моря (рис. 13). По результатам измерений показателя рассеяния
света в пробах воды из верхнего однородного слоя и мутного слоя в термо-
клине рассчитаны спектральные величины показателя суммарного рассеяния
и показателя обратного рассеяния. Эти величины показаны на рис. 11 и 12.
Их аппроксимация степенной зависимостью от длины волны λn дала такие
результаты для показателя суммарного рассеяния σ и показателя обратного
рассеяния β:
σ ~ λ-0,9983, (8)
β ~ λ-0,8473. (9)
Величина параметра n для показателя суммарного рассеяния согласует-
ся с известными из литературы его величинами, находящимися в пределах
n = – 0,9 … –1,8 [16]. По показателю обратного рассеяния надежных данных
для сравнения в литературе нет.
Минимум на длине волны 435 нм на кривых спектрального распределе-
ния показателей рассеяния в слое скачка (рис. 11, 12) объясняется особенно-
стями рассеяния на крупных поглощающих свет частицах, каковыми являют-
ся клетки фитопланктона, содержащие поглощающие свет пигменты. При
рассеянии на таких частицах в спектральных полосах поглощения происхо-
дит уменьшение интенсивности рассеянного света, в результате чего показа-
тели рассеяния частицами в этих областях спектра уменьшаются на величи-
ну, равную показателю поглощения. У пигментов фитопланктона (хлорофилл
«а») главный максимум поглощения находится на длине волны 440 нм, что и
сказалось на спектральном распределении показателя рассеяния в виде нали-
чия его минимума в этой области спектра.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
63
Р и с. 10. Спектральные величины показателя обратного рассеяния света β в поверхностном
однородном слое при измерениях экстремальных спектров коэффициента яркости моря:
10 сентября – максимальный спектр коэффициента яркости, 12 сентября – минимальный
спектр (вертикальные отрезки – 95%-ный доверительный интервал)
Р и с. 11. Спектральное распределение показателя суммарного рассеяния света σ в водах по-
верхностного слоя (штриховой линией показана аппроксимация формулой (8)) и в слое скачка
(вертикальные отрезки – 95%-ный доверительный интервал)
Р и с. 12. Спектральное распределение показателя обратного рассеяния света β в водах по-
верхностного слоя (штриховой линией показана аппроксимация формулой (9)) и в слое скачка
(вертикальные отрезки – 95%-ный доверительный интервал)
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
64
Исходя из того, что величина аномалии показателя рассеяния равняется
показателю поглощения частицами (в данном случае пигментами фитопланк-
тона), по аномалии )435(δσ можно оценить концентрацию хлорофилла. В
слое скачка аномалия составила 12,0)435()435( õë == κδσ м-1 (ln). Концен-
трация хлорофилла рассчитывается через удельное поглощение пигментами:
óä
õëõëõë )435(/)435( κκ=C .
По работе [16, табл. 6.5] 089,0)435( óä
õë =κ м
2·мг-1, то есть Схл = 1,35 мг·м-3.
Такого порядка концентрация хлорофилла в слое скачка в водах Черного мо-
ря – обычное явление.
В спектре показателя обратного рассеяния в слое скачка эффект влияния
поглощения света частицами на рассеяние менее выражен. Это объясняется
тем, что обратное рассеяние в основном определяется мелкой взвесью, а для
таких частиц рассеяние слабо зависит от поглощения.
Отсутствие подобного минимума на спектрах показателей рассеяния в
поверхностном однородном слое, очевидно, обусловлено недостаточно высо-
кой концентрацией в этом слое фитопланктона, необходимой для проявления
указанного эффекта.
В работе [17] по данным измерений в Черном море в 1991 и 1998 гг. в
пробах воды с поверхности моря была получена связь коэффициента асим-
метрии индикатрисы рассеяния с показателем суммарного рассеяния на дли-
не волны 520 нм: К(520) = 680σ (520) – 24, где величина σ (520) берется при
десятичном основании. По данным измерений индикатрис рассеяния света на
платформе в пробах с поверхности моря среднее значение коэффициента
асимметрии получилось равным К(520) = 67,6, по формуле из работы [17]
К(520) = 64,6. Расхождение в величинах коэффициента К незначительно –
4,5%. То есть формула из работы [17] применима и для условий современно-
го оптического состояния вод Черного моря.
Спектры коэффициента яркости моря. Спектры коэффициента ярко-
сти имели форму, характерную для вод Черного моря, с четко выраженным
максимумом в диапазоне длин волн 485 – 487 нм и значениями в максимуме
1,63 – 2,59%.
Спектр с максимальным значением коэффициента яркости моря в макси-
муме ρмакс = 2,59% на длине волны 485 нм зафиксирован 10 сентября, а с ми-
нимальным значением ρмакс = 1,63% на длине волны 487 нм – 12 сентября.
Следует отметить, что 10 сентября при измерениях спектра коэффициента
яркости моря наблюдалась максимальная за время эксперимента глубина ви-
димости белого диска – 17 м, в то время как 12 сентября глубина видимости
белого диска была близка к средним значениям – 14,5 м. На рис. 13 показаны
экстремальные и средний спектры по данным всех измерений.
При измерении экстремальных спектров коэффициента яркости моря
10 и 12 сентября одновременно измерялись индикатрисы рассеяния света в
пробах воды из поверхностного однородного слоя. Показатели обратного рас-
сеяния в этих случаях представлены на рис. 10. При сравнении с рис. 13 вид-
но, что при более высокой величине ρмакс показатель обратного рассеяния β
был меньше. При этом согласно формуле (7) должен был соответственно
уменьшиться показатель поглощения.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
65
В слое вод, составляю-
щем примерно 0,7 глубины
видимости белого диска,
формируется около 90%
восходящего из моря излу-
чения [18]. При измерениях
экстремальных спектров
коэффициента яркости мо-
ря толщина верхнего одно-
родного слоя была меньше
Zd. То есть при таких усло-
виях для количественного
сопоставления со спектрами
коэффициента яркости моря
правомерно брать показате-
ли обратного рассеяния в
верхнем однородном слое.
Оценка по формуле (7) с
подстановкой соответствую-
щих величин ρ и β показыва-
ет, что в данном случае пока-
затель поглощения в спек-
тральной области, где на-
блюдался ρмакс, был в 2,2 раза
меньше, по сравнению с тем,
когда наблюдался спектр с
более низкой величиной ко-
эффициента яркости.
В ходе эксперимента
наблюдалась тесная линей-
ная зависимость между глу-
биной видимости белого
диска и значениями коэф-
фициента яркости в макси-
муме ρмакс, а также менее
значимая связь глубины ви-
димости белого диска с ин-
дексом цвета воды
I(490/555), определявшимся
как отношение коэффициен-
тов яркости моря на длинах
волн 490 и 555 нм (рис. 14).
По спектрам коэффициента яркости моря определены характеристики цве-
та воды по колориметрической системе: доминирующая длина волны λd, нм и
чистота цвета Рцв, % [19, гл. 13]. Среднее значение этих характеристик по
данным всех измерений составило: λd = 490,6 нм, Рцв = 39%. По общеприня-
Р и с. 13. Максимальный, минимальный и средний спек-
тры коэффициента яркости моря (вертикальные отрез-
ки – 95%-ный доверительный интервал)
Р и с. 14. Связь максимальных значений коэффициента
яркости ρ и индекса цвета I с глубиной видимости бело-
го диска Zd
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
66
той классификации цвета свет в диапазоне длин волн 480 – 500 нм характери-
зуется как голубой. Таким образом, в период наблюдений определения цвета
воды, классифицируемого объективным методом как голубой и визуально по
шкале цветности как зеленовато-голубой, согласуются.
Для сравнения укажем характеристики цвета вод в некоторых районах
Мирового океана по работе [19, гл. 13]: Саргассово море – λd = 470 нм,
Рцв = 86%; Средиземное море в юго-восточной его части (море Леванта) –
λd = 473 нм, Рцв = 83%; Балтийское море (южная часть Ботнического залива) –
λd = 540 нм, Рцв = 24%.
Т а б л и ц а 4
Характеристики цвета воды по колориметрической системе
и относительная прозрачность воды в Черном море
Год λd, нм РЦВ, % Zd, м
1984 486,0 41 16,0
1992 502,0 11 5,0
1992 514,0 9 3,0
2003 489,5 41 13,5
2004 490,6 35 12,6
2007 489,5 40 13,8
2007 493,6 26 11,2
2008 490,6 39 14,5
Цвет воды в Черном море исторически претерпевал сильные изменения.
В табл. 4 приведены характеристики цвета воды в глубоководной области
моря в 1984 и 1992 гг. по данным работы [20] и в 2003 – 2008 гг. в районе
платформы, рассчитанные по измерениям спектров коэффициента яркости
моря. Приведена также величина относительной прозрачности воды Zd при
этих измерениях. Связи между этими оптическими характеристиками показа-
ны на рис. 15; они характеризуются высокими коэффициентами корреляции
R2 и аппроксимированы формулами:
λd, нм = 529,56 Zd
−0,03, R2 = 0,992, (10)
Рцв,% = 2,59 Zd
1,013, R2 = 0,964. (11)
Р и с. 15. Связь доминирующей длины волны λd и чистоты цвета РЦВ с глубиной видимости
белого диска Zd
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
67
Оптический тип вод моря. Интегральной характеристикой биооптиче-
ского состояния вод моря является их оптический тип. По общепринятой в
оптической океанографии классификации Н. Ерлова [19, гл.10] тип вод опре-
деляется величиной и спектральным распределением показателя вертикаль-
ного ослабления дневного света α (λ)↓ в поверхностных слоях. В основу
классификации у Н. Ерлова положены измерения в верхнем 10-метровом
слое вод.
Для морских и океанских вод наблюдается тесная взаимная связь спек-
тральных величин α (λ)↓, и оптический тип воды может быть определен по
величине показателя вертикального ослабления в одном из участков спектра.
Более надежными являются определения типа вод, когда величина α (λ)↓ бе-
рется в окне спектральной прозрачности, т.е. в области длин волн с мини-
мальными величинами α (λ)↓. Для вод Черного моря в работе [21] установле-
но, что в период после второй половины 1980-х годов такой областью являет-
ся диапазон длин волн 520 – 550 нм.
Во время оптических экспериментов на платформе измерений подводной
облученности, по которым можно было бы непосредственно определить ве-
личину показателя вертикального ослабления, не проводилось. Поэтому его
величина была определена косвенно двумя методами с учетом результатов
измерений глубины видимости белого диска и показателя ослабления на-
правленного света.
Первый метод. Использовалась связь показателя вертикального ослабле-
ния дневного света с глубиной видимости белого диска из работы [22]:
d
-1
0 /6,0(lg)ì,)525( Z
dZ =↓>< −α . (12)
По данной формуле в среднем (Zd = 14,5 м, табл. 1) величина показателя
вертикального ослабления дневного света в водах около платформы в период
наблюдений составила α (525)↓ = 0,041 м-1 (lg).
Второй метод. В работе [10] для вод Черного моря установлена связь ве-
роятности выживания фотона Λ(525) с показателем ослабления направленно-
го света (формула (2)). Из этой формулы следует:
κ (525), м-1 (lg) = 0,02ε (525) + 0,0315. (13)
В верхнем однородном слое вод средняя величина показателя ослабления
направленного света за время наблюдений на платформе составила <ε (525)> =
= 0,148 м-1 (lg), и, таким образом, по формуле (13) <κ (525)> = 0,0345 м-1 (lg).
Согласно работе [23], показатели поглощения и вертикального ослабления
дневного света в верхних слоях моря связаны между собой соотношением
<κ (λ)> = 0,81 <α (λ)↓>. (14)
Используя формулу (14), находим
α (525)↓ = κ (525)/0,81 = 0,0345/0,81 = 0,043 м-1 (lg).
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
68
Итог. Оба метода дают близкие величины α (λ)↓: 0,041 и 0,043 м-1 (lg). По
классификации [19, табл. 27] воды с такой величиной α (λ)↓ относятся к про-
межуточному типу между 2-м и 3-м типами вод: 2-й тип – α (λ)↓ = 0,033 м-1 (lg),
3-й тип – α (λ)↓ = 0,050 м-1 (lg).
Т а б л и ц а 5
Оптический тип вод в западной глубоководной области
Черного моря в разные годы по данным работы [22]
Дата λ(α↓мин), нм α↓мин, м-1 (lg) Тип вод
1962 – 1963, март – август 490 – 530 0,030 2-й океан.
1984, апрель – май 500 – 525 0,043 2–3-й океан.
1989, июль – сентябрь 525 – 554 0,045 2–3-й океан.
1991, февраль – март 525 – 554 0,050 3-й океан.
Для сравнения в табл. 5 приведены по данным работы [24] типы вод, оп-
ределенные по измерениям подводной облученности в предыдущие годы в
западной глубоководной области Черного моря. Отметим, что, согласно кли-
матическим картам глубины видимости белого диска в Черном море [25], в
июне – сентябре величина Zd в районе платформы близка к таковой для вод
западной глубоководной области моря. Это обстоятельство можно отнести
соответственно и к оптическому типу вод.
Оптические характеристики атмосферы. Измерения оптических ха-
рактеристик атмосферы с океанографической платформы выполнялись с це-
лью совершенствования региональных алгоритмов коррекции влияния атмо-
сферы при валидации спутниковых изображений, а также оценки значений
пространственной корреляции поля спектральной прозрачности атмосферы.
Измерения проводились двумя пространственно разнесенными солнечными
фотометрами на длинах волн 440, 500, 675 и 870 нм видимого и ближнего
ИК-диапазонов спектра. Пятый участок спектра на длине волны 936 нм ис-
пользовался для определения концентрации водяного пара (паров осажден-
ной воды (ПОВ) в сантиметрах). Непосредственно на океанографической
платформе измерения яркости солнечного диска выполнялись переносным
фотометром MICROTOPS II. Солнечный фотометр CIMEL-318 [26] был ста-
ционарно установлен в Севастополе (станция Sevastopol международной сети
AERONET). Спектральные участки фотометра MICROTOPS II совмещены с
положением спектральных участков фотометра CIMEL-318. Методики калиб-
ровок обоих приборов также полностью совпадают.
Измерения оптических характеристик атмосферы на океанографической
платформе и в Севастополе в дневное время проводились с интервалом около
15 мин и часто прерывались из-за облачности. Поэтому при сравнении дан-
ных, полученных с использованием разных фотометров, подбирались близ-
кие во времени результаты измерений, где разность моментов измерения не
превышала 10 мин.
По результатам измерений яркости солнечного диска в выбранных спек-
тральных участках определялись аэрозольная оптическая толщина – АОТ(λ),
среднее содержание паров воды в столбе атмосферы и параметр Ангстрема
α (440 – 870), рассчитанный на спектральном участке 440 – 870 нм. Величина
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
69
α (440 – 870) зависит от крутизны наклона спектральной зависимости АОТ
(в логарифмической системе координат) и является удобным индикатором
размера частиц аэрозоля в столбе атмосферы. Высокие значения показателя
Ангстрема соответствуют более крутым наклонам спектральной кривой, ха-
рактерным для относительно крупных частиц аэрозоля грубой моды.
Т а б л и ц а 6
Статистические характеристики оптических параметров аэрозоля
по результатам измерений
переносным фотометром MICROTOPS II [5] на океанографической платформе
и стационарным фотометром CIMEL–318 сети AERONET [26] в Севастополе
Значение
АОТ
(440)
АОТ
(500)
АОТ
(675)
АОТ
(870)
ПОВ,
см
α(440–
870)
MICROTOPS II (N = 694)
Среднее 0,289 0,249 0,165 0,127 2,307 1,296
СКО 0,1659 0,152 0,125 0,113 0,342 0,271
Минимум 0,1029 0,089 0,053 0,035 1,597 0,414
Максимум 1,308 1,232 1,065 0,986 3,228 1,803
CIMEL-318 (N = 175)
Среднее 0,285 0,247 0,163 0,114 2,364 1,386
СКО 0,117 0,101 0,066 0,048 0,248 0,262
Минимум 0,156 0,140 0,086 0,050 1,893 0,781
Максимум 0,725 0,631 0,404 0,255 2,816 1,825
Статистические характеристики результатов измерений обоими прибо-
рами приведены в табл. 6. Из таблицы видно, что, несмотря на значительное
расстояние между приборами (∼ 45 км), различную плотность покрытия не-
босвода облаками, отличия в объемах полученных данных N и инструмен-
тальные погрешности измерений, средние значения оптических характери-
стик атмосферы оказались довольно близкими. Это обстоятельство дает воз-
можность пополнить количество оцененных параметров атмосферного аэро-
золя в районе океанографической платформы сведениями о микрофизических
характеристиках аэрозоля – продуктах инверсии результатов измерений в
Севастополе яркости небосвода фотометром CIMEL-318 [27]. При этом мож-
но уверенно ориентироваться на такие параметры, как распределение частиц
по размерам, комплексный показатель преломления и альбедо однократного
рассеяния. По данным измерений фотометром CIMEL-318 возможно также
разделение АОТ над исследованными регионами Черного моря на тонкую
(субмикронную) и грубую (супермикронную) моды [28]. Это обстоятельство
особенно важно, поскольку дает возможность различать источники происхо-
ждения аэрозолей. Многолетними исследованиями в различных регионах
Земли было установлено, что естественные аэрозоли (частицы почв, солей и
других природных образований) состоят из относительно крупных частиц и
относятся к аэрозолям грубой моды, а аэрозоли тонкой моды имеют чаще
всего антропогенное происхождение (продукты горения биомассы, выбросы
промышленных предприятий и др.) [29].
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
70
Результаты измерений основных оптических характеристик аэрозоля на
океанографической платформе 11 и 12 сентября 2008 г. приведены на рис. 16,
где можно видеть изменения основных оптических характеристик атмосферы
при прохождении мелкомасштабных оптических неоднородностей аэрозолей
грубой моды.
Р и с. 16. Временная изменчивость основных оптических характеристик атмосферы – концен-
трации паров осажденной воды (ПОВ, см), показателя Ангстрема α(440 – 870) и аэрозольной
оптической толщины на длине волны 500 нм АОТ(500): а – 11.09.2008 г.; б – 12.09.2008 г.
Сопоставление данных измерений фотометрами MICROTOPS II и
CIMEL-318 показало, что 11.09.2008 г. (рис. 16, а) с 5:30 до 7:30 по Гринвичу
(GMT) на океанографической платформе АОТ(500) изменялась в пределах
от 0,144 до 0,156, значения ПОВ = 2,15 ± 0,02 см и показатель Ангстрема
α (440 – 870) = 1,23 ± 0,13. По данным инверсий результатов измерений фо-
тометром CIMEL-318 было установлено, что в близкое к этому время
(5:46 GMT) над Черным морем преобладала фракция аэрозоля тонкой моды
(81%), а соотношение АОТ(500) тонкой и грубой мод составляло
~ 0,162/0,036. Такое соотношение мод аэрозоля сохранялось в течение всего
дня. В 8:01 GMT над платформой было замечено значительное помутнение
атмосферы до значений АОТ(500) > 0,2. При этом значения показателя Ангс-
трема опустились ниже единицы.
Иная картина наблюдалась 12.09.2008 г. (рис. 16, б). В утренние часы с
5:00 до 6:00 GMT на фоне плавного возрастания значений АОТ(500) от 0,16
до 0,31 наблюдались кратковременные помутнения атмосферы с резким увели-
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
71
чением АОТ и снижением показателя Ангстрема до значений α (440 – 870) < 1.
По данным измерений фотометром CIMEL-318 в период с 4:30 до 6:00 GMT
соотношение АОТ(500) тонкой и грубой мод увеличилось от 0,2/0,02 до
0,19/0,06, а после 6:00 GMT соотношение мод АОТ(500) вернулось к прежним
значениям ~ 0,2/0,02. В этот день в 9:30 GMT произошли более существенные
изменения микрофизической структуры аэрозоля – значения АОТ(500) уве-
личились почти в два раза, а показатель Ангстрема опустился от характерно-
го для Черного моря в летний период значения ∼1,5 до типичной для почвен-
ных аэрозолей величины < 0,8.
Р и с. 17. Спектральные зависимости аэрозольной оптической толщины атмосферы АОТ(λ) (а)
и соответствующие им объемные распределения частиц по размерам dv/d(lnr) (б) (а – спек-
тральные кривые АОТ(λ) по измерениям MICROTOPS II на платформе; б – объемные распре-
деления частиц по размерам по измерениям CIMEL-318 в Севастополе; в легендах к графикам
указаны даты и время по Гринвичу и соответствующие значения параметра Ангстрема в мо-
менты измерений)
Спектральные зависимости АОТ(λ) и соответствующие им объемные
распределения частиц по размерам dv/d(lnr) (где v и r – объем и радиус час-
тиц соответственно) приведены на рис. 17. Представленные на рис. 17, а
спектры АОТ показывают, что при росте значений показателя Ангстрема в
пределах от 0,78 до 1,83 существенно увеличились наклоны спектральных
значений АОТ, хотя прозрачность атмосферы на длине волны 675 нм практи-
чески не изменялась. Таким образом, за время экспедиции увеличение кру-
тизны спектров зависело не столько от прозрачности атмосферы, сколько от
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
72
соотношения концентраций частиц грубой и тонкой мод, или от процентного
содержания частиц тонкой моды в столбе атмосферы. Так, 12.09.2008 г. по
данным измерений фотометром CIMEL-318 с 5:35 до 6:43 GMT фракционный
состав тонкой моды увеличился от 76 до 95%. Для примера на рис. 17, а при-
веден спектр АОТ за 12 сентября (7:13 GMT), показатель Ангстрема которого
близок к максимальному значению 1,83 за все время экспедиции.
Более наглядно зависимость показателя Ангстрема от соотношения час-
тиц тонкой и грубой мод прослеживается на рис. 17, б, где представлены рас-
пределения частиц по размерам по результатам измерений оптических харак-
теристик в Севастополе, выполненных приблизительно в то же время, когда
проводились измерения на океанографической платформе. Время измерений
и значения α (440 – 870) показаны в легенде к рисунку. На этом рисунке
приведен также график распределения частиц по размерам за 15 сентября с
экстремально низким значением показателя Ангстрема над Севастополем за
анализируемый отрезок времени.
Корреляционные связи полей прозрачности определялись по отобранным
парам спектров АОТ. Критерием отбора служила совместимость по времени
измерений солнечными фотометрами MICROTOPS II и CIMEL-318 – разность
времени измерений не должна была превышать 10 мин. Анализ отобранных
пар кривых показал, что для разнесенных на расстояние ∼45 км фотометров
коэффициенты корреляции АОТ(λ) над океанографической платформой и
станцией Sevastopol на длинах волн 440, 500, 675 и 870 нм составляли 0,567;
0,568; 0,534 и 0,491 соответственно.
Таким образом, используя возможности измерений переносным и ста-
ционарным солнечными фотометрами, можно выявить значительные разли-
чия оптических характеристик атмосферы, что позволяет существенно повы-
сить эффективность их использования при валидации спутниковых измере-
ний биооптических характеристик вод Черного моря.
Заключение
В результате оптических измерений, выполненных на океанографической
платформе:
– получены данные об оптических характеристиках вод Черного моря в
конце летнего сезона 2008 г.;
– исследована вертикальная оптическая структура вод, ее связь с верти-
кальным распределением температуры воды, ее временная мезомасштабная
изменчивость;
– установлены новые эмпирические связи между разными гидрооптиче-
скими характеристиками, которые могут быть использованы в малопарамет-
рических гидрооптических моделях;
– выявлены особенности в спектральных характеристиках рассеяния све-
та под разными углами, согласующиеся с развиваемой в отделе оптики МГИ
моделью рассеяния света на кластерных структурах, образуемых в воде мел-
кодисперсной взвесью;
– проведен сравнительный анализ оптических характеристик вод моря в
разные годы, показавший повышение прозрачности вод и чистоты их цвета
после минимума этих характеристик, наблюдавшегося в 1992 г.;
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
73
– подтверждена ранее установленная для вод Черного моря связь между
показателем ослабления света и глубиной видимости белого диска;
– определен оптический тип вод моря в период наблюдений;
– получены данные об оптических характеристиках атмосферы над
морем;
– определены основные оптические характеристики поверхностных вод,
используемые в алгоритмах обработки оптической спутниковой информации.
Авторы благодарят старшего научного сотрудника МГИ НАН Украины
В.В. Суслина за полезные замечания и комментарии по содержанию статьи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ли М.Е., Калинский И.А., Мартынов О.В., Толкаченко Г.А. Зондирующий прозрачномер с
датчиком температуры воды для исследований в прибрежной зоне с маломерных судов //
Системы контроля окружающей среды. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2007. –
С. 32 – 34.
2. Маньковский В.И., Кайгородов М.Н. Лабораторный автоколлимационный прозрачномер с
переменной базой // Автоматизация научных исследований морей и океанов. Пятая Все-
союзная школа. – Севастополь: МГИ АН УССР, 1980. – С. 91 – 92.
3. Ли М.Е., Мартынов О.В., Шибанов Е.Б. Новые принципы измерения индикатрис рассея-
ния света в широком диапазоне углов // Экологическая безопасность прибрежной и шель-
фовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН Ук-
раины, 2008. – Вып. 3. – С. 194 – 211.
4. Ли М.Е., Мартынов О.В. Измеритель коэффициентов яркости для подспутниковых изме-
рений биооптических параметров вод // Там же. – Севастополь: МГИ НАН Украины,
2000. – С. 163 – 173.
5. Sun photometеr «MICROTOPS II». Made in SOLAR Light Inc, Philadelfia, USA. Tecnical
characteristics and instruction of use.
6. Маньковский В.И., Владимиров В.Л., Афонин Е.И. и др. Многолетняя изменчивость про-
зрачности воды в Черном море и факторы, обусловившие ее сильное снижение в конце
80-х – начале 90-х годов. – Севастополь, 1996. – 32 с. – (Препринт / НАН Украины. МГИ.
ИНБЮМ).
7. Маньковский В.И. Оптическая структура вод Черного моря и закономерности ее формиро-
вания // Гидрофизические и гидрохимические исследования Черного моря. – Севастополь:
МГИ АН Украины, 1992. – С. 7 – 27.
8. Mankovsky V.I., Solov'ev M.V. Spectra of the beam attenuation coefficient in the upper waters of
the Mediterranean Sea // Current Problems in Optics of Natural waters. Proceedings of the III In-
ternational Conference. – St. Peterburg: Rozhdestvensky optical society, 2005. – P. 123 – 128.
9. Маньковский В.И., Соловьев М.В. Связь показателя ослабления излучения с концентраци-
ей взвеси в водах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. – 2003. – № 2. –
С. 60 – 65.
10. Маньковский В.И. Вероятность выживания фотона и ее связь с показателем ослабления
направленного света в водах Черного моря // Там же. – 2005. – № 6. – С. 68 – 76.
11. Маньковский В.И., Земляная Л.А. Связь глубины видимости белого диска с показателем
ослабления света для вод Черного моря // Комплексные океанографические исследования
Черного моря. – Севастополь: МГИ АН УССР, 1989. – С. 82 – 85.
12. Маньковский В.И., Соловьев М.В. О возможности восстановления спектрального распре-
деления показателя ослабления излучения в поверхностных водах Черного моря по изме-
рениям на одной длине волны // Системы контроля окружающей среды. – Севастополь:
МГИ НАН Украины, 1999. – С. 119 – 124.
13. Шибанов Е.Б. Влияние мелкодисперсной примеси на рассеяние света в чистой фильтро-
ванной воде // Морской гидрофизический журнал.– 2008. – № 2.– С. 46 – 55.
14. Shibanov E.B. Physical reasons for existence of fractal structures in liquids and their influence
on light scattering in water // Current Problems in Optics of Natural Waters. Proceedings of the
IV International Conference. – Nizhny Novgorod: Inst. of Appl. Physics, 2007. – P. 41 – 45.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 3
74
15. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnol. Oceanogr. – 1977. – 22. –
P. 709 – 722.
16. Копелевич О.В. Светорассеивающие свойства морской воды // Оптика океана. Физическая
оптика океана / Под ред. А.С. Монина. – М.: Наука, 1983. – С. 167 – 179.
17. Маньковский В.И., Соловьев М.В. Индикатрисы рассеяния света и рассчитанный по ним со-
став взвеси в Черном море // Морской гидрофизический журнал. – 2005. – № 1. – С. 63 – 76.
18. Урденко В.А., Халтурин В.И., Афонин Е.И. Эмпирические взаимосвязи между гидроопти-
ческими и биологическими характеристиками и параметрами светового поля // Дистанци-
онное зондирование моря с учетом атмосферы / Под ред. В.А. Урденко, Г. Циммермана. –
Берлин: Ин-т космич. иссл. АН ГДР, 1985. – С. 209 – 250.
19. Ерлов Н.Г. Оптика моря. – Л: Гидрометеоиздат, 1980. – С. 148 – 156.
20. Маньковский В.И., Соловьев М.В., Владимиров В.Л. Изменчивость гидрооптических харак-
теристик в Черном море (1922 – 1992) // Океанология. – 1996. – 36, № 3. – С. 370 – 376.
21. Левин И.М., Николаев В.П. Об оценке вертикального ослабления квантовой облученности
в области фотосинтетически активной радиации в Черном море // Там же. – 1992. – 32,
№ 2. – С. 240 – 245.
22. Маньковский В.И. Метод определения спектральных величин подводной квантовой облу-
ченности в области фотосинтетически активной радиации по глубине видимости белого
диска // Морской гидрофизический журнал. – 1999. – № 3. – С. 84 – 88.
23. Иванов А.П. Физические основы гидрооптики. – Минск: Наука и техника, 1975. – С. 444 – 455.
24. Николаев В.П. Новые результаты измерений вертикального ослабления подводной облу-
ченности в Черном море // Океанология. – 1996. – 36, № 37. – С. 377 – 383.
25. Маньковский В.И., Соловьев М.В. Гидрооптические характеристики Черного моря в пери-
од 1922 – 1985 гг. (климатические карты) // Экологическая безопасность прибрежной и
шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: МГИ НАН
Украины, 2003. – Вып. 8. – С. 23 – 47.
26. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I. et al. AERONET – A federated instrument network and data
archive for aerosol characterization // Rem. Sens. Environ. – 1998. – № 66. – P. 1 – 16.
27. Dubovik O., King M.D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties
from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. – 2000. – 105. – P. 20 673 – 20 696.
28. O'Neill N.T., Eck T.F., Smirnov A. et al. Spectral discrimination of coarse and fine mode optical
depth // Ibid. – 2003. – 108, № D17. – P. 4559 – 4573.
29. Eck T.F., Holben B.N., Reid J.S. et al. Wavelength dependence of the optical depth of biomass
burning, urban and desert dust aerosols // Ibid. – 1999. – 104. – P. 31 333 – 31 350.
Морской гидрофизический институт НАН Украины, Материал поступил
Севастополь в редакцию 05.02.09
После доработки 13.03.09
АНОТАЦІЯ Наводяться результати вимірювань у вересні 2008 р. на океанографічній плат-
формі в районі сел. Кацивелі оптичних характеристик вод (показника ослаблення спрямовано-
го світла, індикатриси розсіяння, коефіцієнта яскравості моря, глибини видимості білого дис-
ку) і оптичних характеристик атмосфери (аерозольної оптичної товщини, вмісту пари, пара-
метра Ангстрема). Проведено порівняльний аналіз гідрооптичних характеристик в різні роки.
Визначено оптичний тип вод моря в період спостережень.
ABSTRACT Results of optical measurements carried out on the oceanographic platform in Septem-
ber, 2008 near Katsiveli are represented. The measurements include optical water parameters: beam
attenuation coefficient, scattering indicatrix, seawater brightness coefficient, Secchi disk depth, and
optical atmospheric parameters: aerosol optical thickness, precipitable water concentration, the Ang-
strom exponent for atmospheric aerosol. Comparative analysis of hydro-optical characteristics in
different years is done. Optical type of seawater for the period of research is defined.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56748 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7584 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:59:26Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Маньковский, В.И. Толкаченко, Г.А. Шибанов, Е.Б. Мартынов, О.В. Корчемкина, Е.Н. Яковлева, Д.В. Калинский, И.А. 2014-02-23T13:16:25Z 2014-02-23T13:16:25Z 2010 Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года / В.И. Маньковский, Г.А. Толкаченко, Е.Б. Шибанов, О.В. Мартынов, Е.Н. Корчемкина, Д.В. Яковлева, И.А. Калинский // Морской гидрофизический журнал. — 2010. — № 3. — С. 52-74. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 0233-7584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56748 551.463.5:629.78 Приводятся результаты выполненных в сентябре 2008 г. на океанографической платформе в районе пос. Кацивели измерений оптических характеристик вод (показателя ослабления направленного света, индикатрисы рассеяния, коэффициента яркости моря, глубины видимости белого диска) и оптических характеристик атмосферы (аэрозольной оптической толщины, содержания паров, параметра Ангстрема). Проведен сравнительный анализ гидрооптических характеристик в разные годы. Определен оптический тип вод моря в период наблюдений. Наводяться результати вимірювань у вересні 2008 р. на океанографічній платформі в районі сел. Кацивелі оптичних характеристик вод (показника ослаблення спрямованого світла, індикатриси розсіяння, коефіцієнта яскравості моря, глибини видимості білого диску) і оптичних характеристик атмосфери (аерозольної оптичної товщини, вмісту пари, параметра Ангстрема). Проведено порівняльний аналіз гідрооптичних характеристик в різні роки. Визначено оптичний тип вод моря в період спостережень. Results of optical measurements carried out on the oceanographic platform in September, 2008 near Katsiveli are represented. The measurements include optical water parameters: beam attenuation coefficient, scattering indicatrix, seawater brightness coefficient, Secchi disk depth, and optical atmospheric parameters: aerosol optical thickness, precipitable water concentration, the Angstrom exponent for atmospheric aerosol. Comparative analysis of hydro-optical characteristics in different years is done. Optical type of seawater for the period of research is defined. Авторы благодарят старшего научного сотрудника МГИ НАН Украины В.В. Суслина за полезные замечания и комментарии по содержанию статьи. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Морской гидрофизический журнал Экспериментальные и экспедиционные исследования Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года Оптичні характеристики прибережних вод і атмосфери в районі Південного берега Криму наприкінці літнього сезону 2008 року Optical characteristics of coastal water and atmosphere in the region of the Crimea South coast at the end of summer, 2008 Article published earlier |
| spellingShingle | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года Маньковский, В.И. Толкаченко, Г.А. Шибанов, Е.Б. Мартынов, О.В. Корчемкина, Е.Н. Яковлева, Д.В. Калинский, И.А. Экспериментальные и экспедиционные исследования |
| title | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| title_alt | Оптичні характеристики прибережних вод і атмосфери в районі Південного берега Криму наприкінці літнього сезону 2008 року Optical characteristics of coastal water and atmosphere in the region of the Crimea South coast at the end of summer, 2008 |
| title_full | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| title_fullStr | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| title_full_unstemmed | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| title_short | Оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе Южного берега Крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| title_sort | оптические характеристики прибрежных вод и атмосферы в районе южного берега крыма в конце летнего сезона 2008 года |
| topic | Экспериментальные и экспедиционные исследования |
| topic_facet | Экспериментальные и экспедиционные исследования |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56748 |
| work_keys_str_mv | AT manʹkovskiivi optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT tolkačenkoga optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT šibanoveb optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT martynovov optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT korčemkinaen optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT âkovlevadv optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT kalinskiiia optičeskieharakteristikipribrežnyhvodiatmosferyvraioneûžnogoberegakrymavkonceletnegosezona2008goda AT manʹkovskiivi optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT tolkačenkoga optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT šibanoveb optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT martynovov optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT korčemkinaen optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT âkovlevadv optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT kalinskiiia optičníharakteristikipriberežnihvodíatmosferivraionípívdennogoberegakrimunaprikíncílítnʹogosezonu2008roku AT manʹkovskiivi opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT tolkačenkoga opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT šibanoveb opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT martynovov opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT korčemkinaen opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT âkovlevadv opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 AT kalinskiiia opticalcharacteristicsofcoastalwaterandatmosphereintheregionofthecrimeasouthcoastattheendofsummer2008 |