Анализ биооптических характеристик субмезомасштабных вихрей, переносящих воды реки Туманной, по контактным и дистанционным данным гидрологических и гидрооптических измерений

Для анализа перемещения субмезомасштабных вихрей использовались спутниковые данные 2 уровня среднего пространственного разрешения спектрорадиомтеров MODIS-Terra/Aqua, Merris-ENVISAT 1 (размер пикселя 250—1000 м) в полях температуры поверхности моря, концентрации хлорофилла-а и синтезированные RGB изображения. Натурные измерения проведены на судне прибрежного хода «Малахит» 04.09.2009 г., маршрут выбирался на основе серии спутниковых изображений с 30.08 по 06.09.2009 г., на которых была видна цепочка перемещающихся субмезомасштабных вихрей.
Для анализа пространственной изменчивости гидрологических, гидробиологических и гидрооптических характеристик с разрешением менее 100 м и для определения фронтальных зон в районе действия субмезомасштабного вихря использовались проточный термосолинограф SBE 45 и проточный лазерный флуориметр, позволяющий измерять спектры флуоресценции морской воды в диапазоне 560—730 нм при возбуждении излучением 532 нм, из которых рассчитывались интенсивности флуоресценции хлорофилла-а и окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ). Для получения соответствующего вертикального распределения гидрологических, гидробиологических и гидрооптических характеристик использован погружной гидрологический CTD-зонд SeaBird SBE19plus с калиброванными флуоресцентными датчиками концентрации хлорофилла-а и ОРОВ – WetLabs (длина волны возбуждающего излучения 460 и 370 нм, длина волны регистрируемого излучения 690 и 460 нм, соответственно), и со сферическим датчиком фотосинтетически активной радиации (ФАР) Licor Li 193. Разрешение по глубине для полученных профилей составило не более 0.25 м. Расстояние между станциями составило около 2 км. Место выполнения станции определялось как на основе заранее запланированной регулярной сетки, так и на основе проточных данных, анализируемых в реальном времени. Калибровка флуоресцентных измерений концентрации хлорофилла-а выполненных с использованием датчика WetLabs, была произведена на основе сравнения со спектрофотометрическими определениями по ГОСТ 17.1.4.02-90. Калибровка интенсивности флуоресценции ОРОВ датчика WetLabs выполнена предприятием-изготовителем в мкг/л хинина сульфата дигидрата (QSU). Дополнительно на станциях проводились дистанционные измерения спектров коэффициентов яркости моря Rrs( λ) c борта судна с помощью ручного гиперспектрального радиометра ASD FieldSpec Hand Held по методике из протоколов NASA. Из спектров рассчитывались индексы цвета для трех длин волн 412, 490 и 510 нм.
Преимущество судовых радиометрических измерений цвета моря состоит в том, что можно пренебречь влиянием атмосферы. Кроме этого, проведенные измерения позволили получить гиперспектральные данные. Нормировка на Rrs(555) позволяет минимизировать возможные погрешности измерений спектров Rrs(λ).
На полученных спутниковых изображениях обнаружена цепочка вихрей, распространяющихся в северо-восточном направлении (30-40 градусов) от дельты реки Туманной в период с 30 августа по 4 сентября 2009 (Липинская, Салюк, 2021). При впадении р. Туманной в Японское море, образуется обширная заболоченная дельта, с сетью солоноватых и пресных водоёмов, прилегающих к р. Туманная. Полоса мутной воды простирается в море на 10 - 11 км от устья реки. Направление перемещения стоковых вод зависит от ветров. Под действием летних муссонов полоса мутных вод тянется к заливу Петра Великого на восток - северо-восток. В водном стоке р. Туманной отмечаются нефтяные углеводороды, хлорорганические пестициды, тяжелые металлы, высокие концентрации взвешенных частиц (Tkalin, Shapovalov, 1991), которые вместе с вихрями могут достигать побережья полуострова Гамова. Используя данные с проточной системы, организованной на судне, проанализированы пространственные распределения температуры, солености, ОРОВ, и концентрации хл-а вдоль маршрута судна. Дополнительно отмечена зона, в которой наблюдалось движение вихря. По полученным данным определены судовые станции, при прохождении через вихрь и вне его. Для всех станций было выполнено построение глубинных профилей для параметров: температура, соленость, ОРОВ, концентрация хл-а, ФАР. По картам распределения гидрологических и гидрооптических параметров, проточной системы, и данных глубинных профилей CTD выявлено, что вихри характеризуются пониженной соленостью и повышенным содержанием ОРОВ, что может быть обусловлено влиянием стока реки Туманной. Для оценки глубин, в которых формируется регистрируемый дистанционно оптический сигнал, проанализированы глубинные профили ФАР. Также проанализированы изменения спектров коэффициентов яркости моря, измеренные c борта судна, с помощью ручного гиперспектрального радиометра ASD FieldSpec Hand Held, над вихрем и вне его.
В полях концентрации хл-а, полученных из дистанционных измерений, вихри видны как контрастные пятна, однако по данным контактных измерений видно, что изменение на цвет оказывает в первую очередь изменчивость в содержании ОРОВ. Суммарно, с помощью спутниковых данных, выявлено 4 циклонических вихря (Монин, 1995), сформированных суточным периодом, которые, увеличиваясь в диаметре с 3 до 8-10 км и смещались вдоль юго-западного побережья залива к востоку от о. Фуругельма по направлению к полуострову Шульца со скоростью 0,1-0,2 м/с. По судовым данным определена глубина вихря, которая составила 5-7 метров. Полученные результаты могут быть использованы для оценки объемов воды, переносимой из устья р. Туманной к побережью Приморского края (Дубина, Файман, Пономарев, 2013).

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №: 20-35-90105 и по гостеме ТОИ ДВО РАН № 0211-2021-0007.