Распределение концентраций хлорофилла, органических веществ и общей взвеси в поверхностном слое Горьковского водохранилища по данным лидара УФЛ-9

По данным дистанционного лазерного зондирования, полученным с помощью флуоресцентного ультрафиолетового лидара УФЛ-9 в ходе экспедиции на НИС «Геофизик» в июне 2016 года на акватории Горьковского водохранилища, построены карты пространственного распределения основных параметров качества воды с высоким пространственным разрешением.
На основании пробоотбора, проводимого параллельно с работой прибора, определялся коэффициент корреляции и формула для перевода показаний лидара из относительных в абсолютные единицы концентраций хлорофилла а [мкг/л], общего органического углерода (ООУ) [мг/л] и взвешенного вещества [мг/л]. По результатам обработки собранного массива данных получены карты пространственного распределения измеряемых характеристик в поверхностном слое толщиной 1 - 3 м.
Одним из применений лидаров УФЛ-серии является проведение подспутниковых измерений, используемых для разработки и корректирования региональных алгоритмов обработки спутниковых данных.
На морских шельфах и на внутренних акваториях пространственное распределение тех или иных компонентов в приповерхностном слое обычно очень непостоянно во времени, так как этот слой подвержен влиянию атмосферного форсинга и различных гидродинамических процессов. Для получения большого массива измерений параметров качества воды одновременно со спутниковой съемкой требуется проведение экспрессной лидарной съемки на большой площади и за кратчайшее время. Как было показано в работе [8], с помощью лидара УФЛ были получены подспутниковые измерения хлорофилла а, РОВ и взвеси на площади более 10х10 км за время, не превышающее 1 час., условно одновременно со спутниковой съемкой. Полученные лидарные данные о концентрациях затем усредняются внутри каждого пикселя спутникового кадра. Получившиеся средние значения, в свою очередь, корректно сопоставлять с данными спутниковых радиометров попиксельно. При этом благодаря непрерывной работе прибора, независимо от времени суток и погодных условий, в короткие сроки осуществляются измерения на большой акватории.
Полученные данные создают перспективу для разработки региональных алгоритмов обработки и калибровки спутниковых измерений. С целью получения более точных абсолютных величин по спутниковым данным необходимо проводить измерения с борта судна лидаром параллельно с получением снимков, затем сопоставлять обработанные карты пространственного распределения параметров и определять коэффициенты для корректировки спутниковых данных для каждой отдельной акватории, при этом проводя необходимую атмосферную коррекцию. Поскольку массив данных, получаемых лидаром, способен покрывать большие площади, а инструментальная погрешность измерений не превышает 15%, такой метод будет более точным при генерализации и масштабировании по сравнению с классическим пробоотбором.
Флуоресцентные ультрафиолетовые лидары УФЛ были разработаны в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН и успешно применяются в различных морских и внутренних акваториях, с 2002 года проведено около 40 экспедиций в естественных акваториях любого типа. Лидар УФЛ-9 измеряет концентрации хлорофилла a, РОВ и взвеси, а также применяется для обнаружения нефтяной пленки в поверхностном слое моря с высоким (до 1 м) пространственным разрешением. Сбор данных проходит в автоматическом режиме с борта движущегося судна, при любых погодных условиях, за исключением условий плотного тумана. Измерение содержания хлорофилла а и РОВ производится на основании анализа сигналов флуоресценции воды, количество взвеси определяется путем анализа сигнала обратного упругого рассеяния лазерного импульса на частицах взвеси, при этом полученные относительные величины нормируются на измеряемый в отдельном канале сигнал комбинационного рассеяния.

Работа поддержана Министерством образования и науки (соглашение 14.613.21.0050, код RFMEFI61315X0050).