Количественный подход к исследованию пространственно-временной динамики загрязнений морской поверхности по спутниковым данным

Развивается подход к регистрации, исследованию и количественному анализу пространственно-временной динамики различных загрязнений морской поверхности, основанный на обработке длительных временных рядов спутниковых изображений. Решается проблема искажений реальных оценок пространственно-временной изменчивости загрязнений, связанная с неравномерной плотностью наблюдений различных участков морских акваторий в различные промежутки времени [1].
Развиваемый подход основан на вычислении и последующем анализе временных рядов ежегодных и многолетних пространственных распределений условной величины dЗ, названной «подверженностью» к загрязнению, которая определяется для каждой ячейки регулярной пространственной сетки как отношение суммарной площади зарегистрированных загрязнений определённого типа к суммарной площади выполненных наблюдений в этой ячейке при допустимых гидрометеорологических условиях. Например, при радиолокационном мониторинге плёночных загрязнении антропогенного происхождения в качестве допустимых условий принимается диапазон скоростей ветра 2 м/с < v < 9 м/с, а также отсутствие морского льда [2]. При оптических наблюдениях поверхностных проявлений глубинных стоков в качестве допустимых условий наблюдения принимается отсутствие непрозрачной облачности [3]. При невыполнении допустимых условий выявление загрязнения считается физически невозможным, наблюдение считается несостоявшимся и не входит в совокупность наблюдений, учитываемых при вычислении пространственного распределения показателя dЗ. С точки зрения физической трактовки величина dЗ. определённая для выбранного участка акватории (например, в ячейке регулярной пространственной сетки) характеризует вероятность присутствия загрязнений определённого типа (которые выявлялись в процессе мониторинга).
Приводятся примеры апробации развиваемого подхода, полученные в результате многолетнего спутникового мониторинга различных морских акваторий с привлечением длительных временных рядов радиолокационных и оптических изображений. В том числе, с применением предложенного подхода на основании обработки 1134 спутниковых радиолокационных сцен в пределах акватории Авачинского залива (Камчатка) в 2014-2023 гг. выявлено и проанализировано 318 плёночных загрязнений антропогенного происхождения. Суммарная площадь зарегистрированных загрязнений составила 332 км2. Значение подверженности dз для всей акватории составило приблизительно 93 ppm, что свидетельствует об относительно высоком уровне загрязнённости этой акватории. Зарегистрирован межгодовой положительный тренд, указывающий на то, что за 10 лет подверженность акваторий Авачинской бухты (наиболее загрязнённой части залива) антропогенным плёночным загрязнениям возросла в ~3 раза. Анализ пространственного распределения показателя dз в ячейках регулярной пространственной сетки с шагом 3км и карт плотности судоходства свидетельствует о том, что оно является основным источником образования антропогенных плёночных загрязнений в Авачинском заливе (включая Авачинскую бухту).
Исследование выполнено в рамках проекта № FNEE-2024-0002.