Биооптические показатели вод: в приложении к использованию данных ДЗЗ для оценки показателей качества среды и продуктивности водоемов

Использование данных ДЗЗ позволяет проводить глобальную оценку показателей качества и продуктивности акватории с высоким пространственным и временным разрешением, что дает возможность контролировать показатели вод практически в режиме реального времени. Данные зондирования океана из космоса создают базу для мониторинга состояния морских экосистем на масштабе, который соответствует масштабу пространственно-временной изменчивости как гидрологических и гидрохимических условий морской среды, так и структурно-функциональных показателей развития фитопланктона, который не может быть обеспечен традиционными крайне трудоемкими и затратными исследованиями на научно-исследовательских судах.

На основе спутниковых данных можно проводить оценку содержания хлорофилла а, биомассы фитопланктона, прозрачности вод, глубины зоны фотосинтеза, световых условий (интенсивности и спектральных характеристик) в придонном слое мелководной зоны акватории, скорости роста и фотосинтеза планктонных водорослей. Оценка первично-продукционных показателей вод по спутниковым данным начинается с расчета концентрации хлорофилла а в поверхностном слое вод. Сигнал, регистрируемый оптическими приборами спутников после атмосферной коррекции оценивает яркость восходящего из толщи моря излучения на определенных длинах волн, которая зависит от рассеяния и поглощения солнечной радиации в море взвешенными частицами (пигментами фитопланктона и неживой компонентой взвеси), растворенным органическим веществом и чистой морской водой. Следует отметить, что, наряду с основным фотосинтетически активным пигментом – хлорофиллом а на регистрируемый сканером сигнал влияет поглощение света всеми пигментами фитопланктона. Многофакторность зависимости яркости восходящего излучения определяет сложность задачи, которую требуется решить, определяя содержание хлорофилла а в поверхностном слое моря по спутниковым данным. Решение этой задачи является более сложным в водах, отнесенных ко 2 типу (Case 2), где вклад неживой взвеси и растворенного вещества превышает вклад пигментов фитопланктона, и/или отсутствует корреляция между поглощением света оптическими компонентами среды и концентрацией хлорофилла а.

В РФ практически все водоемы относятся ко 2 типу вод (Case 2), так как подвержены влиянию берегового стока. Для корректной трансформации оптических сигналов, фиксируемых на спутниках, в величины содержания хлорофилла а в поверхностном слое требуется развитие алгоритмов, учитывающих региональные особенности оптики его вод, а именно поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным и окрашенным растворенным органическим веществом. Для получения необходимых для алгоритма уравнений, описывающих связь показателей поглощения света пигментами фитопланктона с концентрацией хлорофилла а, спектральное распределение показателей поглощения света неживым взвешенным и окрашенным растворенным органическим веществом, требуется проведение исследований in situ поглощения света всеми оптически активными компонентами среды, проведение параметризации и исследование ее изменчивости в сезонном аспекте.
В качестве примера будут использованы результаты биооптических исследований в Черном море.
Работа выполнена в рамках государственных заданий № 0828-2014-0016 (гос. рег. № 115081110012) и № 0827-2014-0011 с частичной финансовой поддержкой РФФИ (грант 17-05-00113).