Распределение концентрации взвешенного вещества и хлорофилла в водах Каспийского моря по спутниковым и натурным данным

Данная работа посвящена исследованию возможности совместного использования судовых и спутниковых данных для построения трехмерного распределения взвешенного вещества и концентрации хлорофилла в северной части Каспийского моря.
В работе использованы спутниковые данные второго уровня сканера цвета MODIS-Aqua (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) и данные натурных измерений экспедиций НИС «Рифт» 2003, 2004, 2008 и 2012 гг.
Региональные спутниковые алгоритмы разработаны на основе данных измерений спектральной яркости морской воды, полученных с помощью плавающего спектрорадиометра. Концентрация взвешенного вещества (TSM) рассчитывалась через показатель рассеяния назад взвешенными частицами (bbp) (Буренков и др., 2001); концентрация хлорофилла была рассчитана через отношение коэффициентов яркости моря RRS (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) на длинах волн 488 и 547 нм (RRS(488)/RRS(547)). Модифицированные алгоритмы представлены в статье Рыбакова и др., 2012.
Для оценки концентрации взвеси на разных глубинах и построения ее вертикального распределения использовались данные измерений показателя ослабления света с. Использовались 132 пары данных. Полученное уравнение регрессии имеет вид: TSM = 0.84* c + 0.34. Коэффициент детерминации R2 равен 0,88; ошибка регрессии – 0,14 мг/л.
По данным судовых измерений 2008 г. исследована связь между вертикальными распределениями концентрации хлорофилла и показателя ослабления c. Использованы 67 пар данных, отобранных на 19 станциях. Коэффициент детерминации между Chl и c получился равным 0,36; ошибка регрессии составила 0,37 мг/м3. Низкое значение коэффициента детерминации указывает на недостаточно тесную связь между рассматриваемыми параметрами и нецелесообразность вывода соответствующего алгоритма для вычисления концентрации хлорофилла по показателю ослабления света для исследуемых вод.
Проверка совместимости алгоритмов для расчета взвешенного вещества по спутниковым и судовым данным проведена посредством сравнения данных концентраций взвешенного вещества, рассчитанных по спутниковым данным, и через значения показателя ослабления света, измеренных в приповерхностном слое 0-3 м. Для этой цели отобраны 30 пар данных. Коэффициент детерминации оказался равным 0,58. Средние значения близки: 2,1 мг/л для величин TSM, рассчитанных через значения показателя ослабления света, и 1,9 мг/л для TSM, рассчитанных через спутниковые данные. Ошибка регрессии равна 0,35 мг/л.
Совместимость спутниковых и судовых данных концентрации хлорофилла проверена на основе сравнения данных, рассчитанных по спутниковому алгоритму, и данных прямых измерений концентрации хлорофилла в слое 0-3 м. Коэффициент детерминации равен 0,51. Средние значения близки: 0,56 и 0,51 мг/м3. Ошибка регрессии равна 0,21 мг/м3.
Проведенные расчеты следует рассматривать как первый шаг на пути к построению 3-D распределения взвешенного вещества и концентрации хлорофилла. Следующий шаг – оценка связи между значениями рассматриваемых параметров на поверхности и их вертикальными распределениями. Возможность положительного решения исследуемой проблемы зависит от того, насколько тесной окажется эта связь.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект No14-50-00095), предоставленного через Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН.

Литература:
1. Буренков В.И., Ершова С.В., Копелевич О.В., Шеберстов С.В., Шевченко В.П. Оценка распределения взвешенного вещества в водах Баренцева моря на основе спутникового сканера цвета океана SeaWiFS.// Океанология, 41 (5), стр. 622-628, 2001.
2. Рыбакова И.В., Копелевич О.В., Буренков В.И., Шеберстов С.В., Вазюля С.В. Верификация спутниковых биооптических алгоритмов для Каспийского моря по судовым данным. // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2012. Т.9. № 4.