Валидация алгоритмов оценки концентрации хлорофилла по спутниковым данным в Карском море

Концентрация хлорофилла – важнейший параметр для оценки биомассы фитопланктона, чувствительный индикатор изменений, происходящих с морскими экосистемами. Концентрация хлорофилла входит в число стандартных продуктов обработки спутниковых данных, но в морях, находящихся под сильным влиянием речного стока, таких как Карское, стандартные алгоритмы дают большие ошибки (Кузнецова и др., 2013).
В Лаборатории оптики океана ИО РАН на основе данных измерений в 2007 и 2011 гг. был разработан и верифицирован региональный алгоритм К_13 оценки концентрации хлорофилла Chl в Карском море по спутниковым данным (Кузнецова и др., 2013). Этот алгоритм используется для расчета среднемесячных распределений Chl в поверхностном слое Карского моря (Копелевич и др., 2018). Однако валидация (Demidov et al., 2017) по большему массиву данных натурных измерений (с добавлением данных за 2013-2015 гг.) показала, что алгоритм К_13 дает завышенные оценки Chl для станций с низким содержанием хлорофилла (меньше 1 мг/куб.м). Поэтому была выведена новая формула Д_17 (Demidov et al., 2017), аналогичная прежней, но с другими численными коэффициентами и лучше подходящая для менее продуктивных вод.
В докладе представлены результаты валидации региональных алгоритмов оценки Chl по спутниковым данным на основе натурных измерений в Карском море в 72 рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» в августе-сентябре 2018 г. Для валидации использовались данные сканера цвета MODIS-Aqua с временным интервалом между спутниковыми и натурными измерениями меньше 48 часов (69 пар), так как более строгое условие (меньше 24 часов) не позволяет получить достаточное количество спутниковых данных (только 18 пар).
Лучшее соответствие с данными натурных измерений было получено при использовании алгоритма Д_17: коэффициент детерминации 0.33, среднеквадратичная ошибка 0.5 мг/куб.м. При использовании К_13 результаты были хуже: коэффициент детерминации 0.27, среднеквадратичная ошибка 0.6 мг/куб.м. Причем если исключить две станции вблизи устья Оби, то преимущество алгоритма Д_17 становится ещё более очевидным, так как среднеквадратичная ошибка равна 0.3 и 0.5 мг/куб.м для Д_17 и К_13 соответственно.
Стандартный алгоритм НАСА chlor_a (O'Reilly J.E. et al, 1998) для большинства станций дает сильно завышенные оценки Chl, в итоге средняя величина Chl по спутниковым данным в 7 раз больше, чем по данным натурных измерений.
Сравнение среднемесячных значений Chl, полученных для регионов Карского моря (Копелевич и др., 2018) в 2018 г., показало, что алгоритм К_13 завышает среднемесячные оценки Chl в западном регионе (К1) на 0.24-0.30 мг/куб.м (22-35 %), в восточном (К2) – на 0.31-0.36 мг/куб.м (37-77 %).

Работа выполнена в рамках государственного задания (тема № 0149-2019-0003). Автор выражает благодарность Демидову А.Б. за предоставленные данные по концентрации хлорофилла.