Комплексные гидрооптические измерения в Карском море для валидации спутниковых алгоритмов оценки биооптических параметров морской воды

В ходе первого этапа 89-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Карском море, в сентябре 2022 года были выполнены подсамолётные и подспутниковые измерения параметров подводных световых полей одновременно с определением первичных гидрооптических и биооптических характеристик морской воды. Для 9 станций получены данные о коэффициенте яркости моря, концентрации хлорофилла a (Хл), спектральных показателях поглощения окрашенным растворённым органическим веществом (ОРОВ) и диффузного ослабления. Показатель диффузного ослабления Kd рассчитан на основе измеренных профилей облучённости нисходящего излучения с помощью гиперспектрального радиометра Ramses. Спектры яркости моря (Rrs) получены при помощи измерений плавающего спектрорадиометра ПРО-1.
Результаты комплексных измерений позволили провести валидацию работы стандартных и региональных спутниковых алгоритмов оценки биооптических параметров морской воды. Использовались данные Rrs спутникового сканер цвета MODIS. Наилучшее соответствие результатам судовых измерений продемонстрировали региональные спутниковые алгоритмы RSA (Вазюля и др., 2014) и K17 (Demidov et al., 2017), относительные ошибки (RE) которых составили 35 и 39% соответственно. Стандартные алгоритмы NASA показали неудовлетворительный результат, с RE 60-80% для показателя поглощения ОРОВ на длине волны 443нм (ag(443)) и более 100% для Хл. Особенно большие ошибки отмечаются для станции, выполненной в районе подверженном влиянию речного стока с максимальным содержанием ОРОВ.
Такой результат может быть связан с ошибками атмосферной коррекции. Сравнение спектров показало существенные различия спутниковых и in situ спектров Rrs в коротковолновой части спектра (в 2-4 раза). При использовании спектров ПРО-1 точность алгоритмов восстановления ag(443) увеличилась - RE 26 и 18% для GIOP (Lee et al., 2013) и QAA (Werdell et al., 2013), соответственно. Однако при восстановлении Хл использование in situ спектров не позволило получить приемлемую точность - RE 67% для GIOP и 61% для К17.
Проверка также показала, что данные измерений, полученные разными приборами, согласуются друг с другом с приемлемой точностью 15-25%. Такая точность может быть связана с ошибками измерений, неточностью формул, используемых для оценки и различиями в условиях измерения (поглощение ОРОВ измеряется для пробы с одного горизонта, в то время как Kd рассчитывается – для верхнего слоя водной толщи 10 - 20 м).
Стандартный и региональный алгоритмы оценки Kd на длине волны 490 нм работают с приемлемой точностью (RE - 25%).
Полученные результаты валидации различных алгоритмов оценки биооптических характеристик по данным дистанционного зондирования требудют проведения дальнейших исследований для их интерпретации.
Данные судовых измерений получены в рамках государственного задания ИО РАН по теме № FMWE-2021-0001. Обработка данных – при поддержке гранта РНФ № 21-77-10059. Грант предоставлен через Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Также авторы признательны В.А. Артемьеву, Д.И. Глуховцу, С.К. Клименко, М.Д. Кравчишиной, М.А. Павловой и И.В. Салинг за проведение судовых измерений.