Валидация алгоритмов оценки показателя поглощения окрашенного органического вещества по спутниковым данным в северо-восточной части Черного моря

Показатель поглощения ag окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ) – важнейший оптический параметр морской воды, определяющий поглощение света и характеризующий содержание окрашенной органики. Показатель ag также заметно влияет на спектр коэффициента яркости моря Rrs, что определяет возможность оценки ag по данным спутниковых сканеров цвета.
В настоящее время показатель поглощения ОРОВ для 443 нм входит в число параметров оптических свойств водной толщи, получаемых в результате применения полуаналитической модели GIOP (Werdell et al., 2013) к данным сканера цвета MODIS-Aqua. Для определения показателя ag(443) по данным OLCI используется алгоритм нейронных сетей C2RCC (Brockmann et al., 2016), который является модификацией алгоритма для MERIS (Doerffer, Schiller, 2007). В Лаборатории оптики океана ИО РАН разработан алгоритм оценки показателя ag по спутниковым данным (Буренков и др., 2001), который успешно используется для оценки ag в водах Черного и Каспийского морей (Копелевич и др., 2018).
В докладе представлены результаты валидации различных алгоритмов показателя поглощения ОРОВ по спутниковым данным на основе натурных измерений в северо-восточной части Черного моря на МНИС «Ашамба» в июне 2017 и 2018 гг. Измерения показателя поглощения света морской воды выполнялись с помощью портативного спектрофотометра в конфигурации ICAM (Integrating Cavity Absorption Meter), разработанного на кафедре биофизики Биологического факультета МГУ (Погосян и др., 2009). Для расчета спектральных величин показателя поглощения используется специально разработанная программа (Глуховец и др, 2017). Спектры поглощения желтым веществом рассчитываются, как разность показателя поглощения морской воды после ее фильтрации через фильтр с размером пор 0.4 мкм и дистиллированной воды.
Наилучшее соответствие с данными натурных измерений было получено при использовании алгоритма ИО РАН для данных MODIS Aqua и Terra: коэффициент детерминации 0.67, средняя относительная ошибка 17% (n=35). Для алгоритма GIOP соответствие заметно хуже: коэффициент детерминации 0.37, средняя относительная ошибка 36% (n=15). Сокращение количества данных для валидации алгоритма GIOP связано с тем, что для этого алгоритма оценки ag доступны на сайте НАСА (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) только по данным MODIS Aqua. Кроме того в 2017 г. для большей части района проведения натурных измерений не удалось получить данные MODIS Aqua, т.к. не работал алгоритм атмосферной коррекции из-за сильного кокколитофоридного цветения. Валидация алгоритма C2RCC (OLCI) проводилась только по данным 2018 г. и показала плохую корреляцию между спутниковыми и натурными данными для ag(443): коэффициент детерминации 0.18, средняя относительная ошибка 32% (n=13).
Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 14-50-00095, предоставленного Институту океанологии им. П.П.Ширшова РАН. Авторы благодарят д.ф-м.н С.И. Погосяна (биологический факультет МГУ) за предоставленную возможность использовать в наших экспедиционных исследованиях измеритель поглощения ICAM.
Ключевые слова: валидация, спутниковые данные, MODIS, OLCI, показатель поглощения ОРОВ, Черное море