Оценка пространственного распределения концентрации хлорофилла «а» в поверхностном слое озера Байкал на основе данных спектрорадиометра MODIS/(Terra+Aqua)

Хлорофилл «а» - это основной фотосинтетически активный пигмент, который часто используется в качестве показателя биомассы фитопланктона и продуктивности водоемов. В настоящее время методы оценки концентрации хлорофилла «а» на основе спутниковых данных широко используются при изучении продуктивности морей и океанов. Однако их применение в комплексных исследованиях внутриконтинентальных водоемов достаточно ограничено. Это связано, прежде всего, с необходимостью учета особенностей каждого исследуемого водоема, которые определяются оптически активными компонентами водоема и их соотношениями [1-4]. В данном докладе представлены результаты сравнительного анализа известных алгоритмов оценки концентрации хлорофилла «а» в поверхностном слое водоемов на основе спутниковых данных, и проведена их валидация на основе экспедиционных данных для акватории оз. Байкал.
Среди известных моделей оценки концентрации хлорофилла «а» для внутриконтинентальных водоемов были выбраны региональные модели APPEL, FAI, Kahru и Gitelson [4], основанные на использовании данных MODIS/(Terra+Aqua) с пространственным разрешением 250 м и 500 м. Для валидации были использованы экспедиционные данные, полученные в периоды с 24 по 31 июля 2018 гг. и с 3 по 11 сентября 2019 гг. Результаты валидации показали необходимость адаптации этих моделей к биооптическим особенностям водных масс оз. Байкал.
Наряду с исследованием указанных выше региональных моделей была проведена валидация продукта L3SMI, полученного на основе данных MODIS/(Terra+Aqua). Продукт L3SMI генерируется с помощью алгоритма, представляющего собой комбинацию трехканальной модели Ocean Color Chlorophyll (OC) [5] и трехканального алгоритма, описанного в работе [6]. Этот продукт ориентирован на исследование морей и океанов и имеет низкое пространственное разрешение (4616 м). Большая площадь оз. Байкал, которая составляет 31 722 кв.км позволяет использовать продукт L3SMI для анализа этой акватории. В результате валидации данных L3SMI на основе судовых данных коэффициент детерминации составил 0,70 и 0,52 для MODIS/Terra и MODIS/Aqua соответственно.
В тоже время непосредственная реализация одного трехканального алгоритма, реализующего модель OC, позволила улучшить эти показатели до 0,64 и 0,70 соответственно. Это говорит о приемлемости использования этой модели для анализа пространственно-временной изменчивости концентрации хлорофилла «а» в поверхностном слое озера Байкал. В ближайшее время планируется валидация 4-,5-,6-канальных версий OC-алгоритма.

Благодарности

Работа выполнена в рамках гранта № 075-15-2024-533 Министерства науки и высшего образования РФ на выполнение крупного научного проекта по приоритетным направлениям научно-технологического развития (проект «Фундаментальные исследования Байкальской природной территории на основе системы взаимосвязанных базовых методов, моделей, нейронных сетей и цифровой платформы экологического мониторинга окружающей среды»).