Верификация и использование региональных алгоритмов оценки концентрации хлорофилла и взвешенного вещества по данным спутниковых сканеров цвета в восточной части Финского залива

Разработанный NASA широко используемый стандартный алгоритм расчета концентрации хлорофилла а (Хл) и взвешенного вещества (ВВ) на основе спектральных данных спутникового сканера MODIS Aqua в условиях Балтийского моря дает завышенные значения из-за наличия в воде желтого вещества. В связи с этим для балтийских вод разрабатываются собственные региональные алгоритмы [Буканова и др., 2011; Darecki, Stramski, 2004; Vazyulya et al., 2014]. Цель работы – верификация региональных алгоритмов определения концентрации Хл и ВВ для восточной части Финского залива Балтийского моря на основе данных 2012-2014 гг.
В работе сравнивались натурные данные концентрации Хл и ВВ в эвфотической зоне восточной части Финского залива в период совместной экспедиции ИО РАН и РГГМУ в позднелетний период 2012-2014 гг., полученные стандартными методиками в лабораторных условиях, с рассчитанными концентрациями этих параметров на основе данных плавучего спектрорадиометра и спутникового сканера MODIS Aqua [http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/]. Расчеты проведены с помощью алгоритмов, разработанных для восточной части Финского залива по соответствующим данным 2012-2013 гг., где в качестве входного параметра для расчета использовалась величина X = log[Rrs(547)/ Rrs(531)], где Rrs – значение коэффициента яркости (remote sensing reflectance) для длин волн 547 и 531 нм, соответствующим спектральным каналам спутникового сканера MODIS-Aqua [Vazyulya et al., 2014].
В период 2012-2014 гг. в восточной части Финского залива всего проанализировано 64 и 43 пары данных для спектрорадиометра и спутника соответственно. Концентрация Хл в каждом из вариантов изменялась в широком диапазоне величин, сходном для измеренного и рассчитанного набора данных (от 0,5-1 до 15-24 мкг/л). Во всех четырех выборках Хл 70-80% значений укладывалось в диапазон от 1 до 5 мкг/л. В среднем концентрация Хл составила ~ 4±3 мкг/л (медиана ~3 мкг/л ). Линейная связь между сравниваемыми вариантами оценки концентрации Хл была выше для данных спектрорадиометра (Rспирм=0,74; р=0,000) по сравнению с таковыми спутника (Rспирм=0,46; р=0,002). Анализ данных методом оценки согласованности измерений (метод Блэнда–Алтмана) показал, что в обоих вариантах наименьшие различия между измеренной и рассчитанной концентрацией Хл отмечены для величины до 4 мкг/л, характерной для глубоководного района исследуемой части залива.
Аналогичный сравнительный анализ проведен для концентрации в водах восточной части Финского залива ВВ, диапазон колебаний которой составил 0,5-6,6 мг/л (n=53). В среднем измеренная и рассчитанная концентрация ВВ была сходной (около 2±1 мг/л), коэффициент детерминации (R2) составил 0,71.
Применение регионального алгоритма определения биооптических параметров к спутниковым данным 2004-2011 гг. позволило сравнить полученные оценки с данными натурных измерений, приведенными в работе А.А. Максимов с соавт. (2014) и продолжить серию данных на период 2012-2014 гг.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-17-00800), предоставленного через Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН.
Благодарность. Авторы выражают глубокую признательность О.В. Копелевичу за возможность проведения исследований и ценные советы при анализе результатов.