Перспективы определения видового состава фитопланктона по данным радиометра MODIS

Одной из ключевых задач целевой комплексной программы ДВО РАН "Биологическая безопасность Дальневосточных морей Российской Федерации", а также программы ООН UNEP (United Nations Environment Programme) является мониторинг вредоносного цветения водорослей (фитопланктона). Среди биотических компонентов прибрежных экосистем фитопланктон – один из наиболее чувствительных элементов, реагирующих на изменения природной среды. Климатические изменения и загрязнение прибрежных вод приводят к тому, что явление «красных приливов» (феномен массового развития водорослей) приобретает характер эпидемий, в том числе и в дальневосточных морях РФ. Вредоносное цветение микроводорослей (ВЦВ) представляет опасность для здоровья людей, снижает продуктивность марикультурных хозяйств, наносит ущерб туризму и рекреационным системам, снижает биоразнообразие и разрушает морские экосистемы. Но не всякое массовое развитие («цветение») водорослей является вредоносным. Из 32 видов микроводорослей, вызывающих «цветение» воды в прибрежных водах дальневосточных морей, 17 видов могут продуцировать токсины, представляющие опасность для теплокровных животных и человека. Поэтому ключевой задачей такого мониторинга является определение типов доминирующих водорослей в заданном регионе моря. А наиболее эффективным инструментом ежедневного мониторинга акватории морей является спутниковый мониторинг.
Проведенные спутниковые и подспутниковые наблюдения залива Петра Великого в Японском море в августе 2006 года позволили оценить возможность определения видового состава и концентрации биомассы водоросли заданного вида в приповерхностном слое. Основной объем биомассы фитопланктона обеспечивали две водоросли - Coscinodiscus oculus-iridis и Ditylum brightwellii. Использовалось 17 параметров и спектральных характеристик излучения, рассчитываемых программой SeaDAS по данным радиометра MODIS/AQUA. Из них только 10 оказались чувствительными к соотношению концентраций упомянутых водорослей. На основе последних были построены признаки для расчета концентрации водоросли в воде и проведены соответствующие эксперименты. Расчеты осуществлялись через решение переопределенной системы линейных уравнений, связывающих концентрации водорослей с величинами выбранных признаков изображения, нормализованными на излучение "чистой" воды. Эксперименты показали, что задача может успешно решаться, но существенно зависит от правильности выбора алгоритма оценки модели аэрозоля и задаваемых характеристик излучения "чистой" воды. Оценка последних по излучению вод открытого моря с минимальной концентрацией хлорофилла-а оказалась неустойчивой, что требует введения дополнительных калибровок признаков водорослей в зависимости от конкретного изображения.
Работа проводилась в рамках упомянутой программы и поддержана также грантами РФФИ № 06-01-96915, № 06-04-48649 и грантами ДВО РАН.