Красные приливы в Таганрогском заливе Азовского моря по спутниковым данным

Спектральные характеристики восходящего из морской воды излучения определяются свойствами чистой воды, гидрозолей и растворённых веществ. А именно, спектрами рассеяния и поглощения. И если для растворённого органического вещества и чистой воды зависимости достаточно детерминированы, то для гидрозолей органического происхождения (фитопланктона, в частности, цианобактерий) существенным образом зависят от состава пигментов, которые могут быть различными в различных видах. Бурное развитие фикоэритроцианин (ФЭЦ) содержащих водорослей обычно называют «красным приливом» из-за особенностей спектра поглощения ФЭЦ и наличия полос поглощения в зелёной и красной областях спектра. Воды с большим содержанием водорослей (цианобактерий) с таким пигментом, как правило, выглядят бурыми или красными. Ряд цианобактерий может выделять токсины различной направленности и оказывать негативное влияние на экосистемы. Использование данных дистанционного зондирования позволяет определять зоны развития («цветения») таких цианобактерий по спектральным особенностям восходящего излучения связанными с уменьшением коэффициента яркости в зелёной и красной областях спектра. Объект исследования в данной работе – Таганрогский залив Азовского моря, отличающийся высокими значениями хлорофилла «а» и наличием большого количества жёлтого вещества поглощающего в синей части спектра. Для исследования особенностей распределения проявления ФЭЦ-содержащих цианобактерий в Таганрогском заливе Азовского моря за 2017-2024 годы были использованы данные сканеров MSI L2, TIRS и OLCI L1. Предварительная обработка и анализ проводились с использованием EO Browser (https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/). Для выделения зон развития таких цианобактерий был предложен индекс, основанный на отношении яркости восходящего излучения в диапазонах 705 и 665 нанометров I=(R705-R665)/(R705+R665), соответственно (4 и 5 каналы MSI и 8 и 11 для OLCI). Физический принцип выбора основывается на факте, что на длине волны 705 нм отсутствует поглощение фотосинтетическими пигментами. Большие значения индекса соответствовали зонам развития цианобактерий. Показано, что текстуры зон хорошо выделяются с использованием данных как 1, так и 2 уровней обработки.
Красные приливы в Таганрогском заливе наблюдаются ежегодно с средины июня по середину августа при температуре вод от 24о С. Акваторией первого проявления прилива, как правило, является северо-восточная часть Таганрогского залива вне собственно Донского плюма. Далее развитие наблюдается по всей акватории залива, с максимальными значениями в конвергентных зонах при слабых ветрах. Наибольшие области были заняты цианобактериями в 2018 и 2024 годах. Красный прилив формируется цианобактериями с положительной плавучестью сосредоточенными вблизи поверхности или на поверхности моря. Отметим, что поглощение солнечного излучения в зоне плавающих цианобактерий приводит к большему прогреву вод по сравнению с окружающими. Вероятными видами цианобактерий в таких условиях могут быть обнаруживаемые в Азовском море Anabaena или Aphanizomenon flos-aquae.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ 23-27-00421 «Развитие методов спутникового мониторинга аномальных процессов в морских экосистемах на основе многоспектрального подхода». Данные получены в рамках государственного задания FNNN-2024-0012.