Оценка баланса солнечного излучения в мелководном море по спутниковым данным о цвете вод

Представлен новый алгоритм расчета баланса солнечного излучения в видимой области спектра на поверхности моря и в водной толще по данным спутниковых сканеров цвета, учитывающий отражение дна на мелководье. Алгоритм основан на нахождении по имеющимся спутниковым и сопутствующим данным для известной геометрии наблюдений шести неизвестных параметров, определяющих распространение солнечного излучения в системе атмосфера-океан, в число которых на мелководье входит неизвестный коэффициент отражения от дна. Алгоритм апробировался по данным натурных измерений для северной части Каспийского моря, представляющей собой мелководный шельф.
Для атмосферной коррекции применяется модифицированный алгоритм, в котором для спектральной зависимости коэффициента яркости водной толщи используется новая система базовых функций, рассчитанная по данным натурных измерений для мелководных районов.
В результате атмосферной коррекции находятся спектральные значения коэффициента яркости водной толщи r(li), а также коэффициенты разложения аэрозольной яркости caf , cac по ранее разработанной системе базовых функций. Рассчитываются оптические параметры атмосферного аэрозоля (спектральные значения оптической толщины, альбедо однократного рассеяния, вероятность рассеяния вперед).
Через рассчитанные значения r(li) с помощью разработанного нами алгоритма обращения с учетом отражения от дна находятся спектральные значения показателей поглощения и рассеяния назад морской воды, а также коэффициенты диффузного отражения дна и водной толщи.
Используя ранее разработанные программы, рассчитываются поверхностная и отраженная от поверхности (с учетом волнения) спектральные облученности.
Вычисляются спектральные величины показателя вертикального ослабления подводной облученности Kd(li) и коэффициента диффузного отражения водной толщи непосредственно под поверхностью с учетом отражения от дна, а затем спектральные величины облученности сверху непосредственно под поверхностью моря.
Расчеты нисходящей Ed(z) и восходящей Eu(z) в зависимости от глубины z выполняются в предположении экспоненциального закона ослабления с использованием рассчитанных значений показателей Kd(li).
Объемное поглощение в водной толще рассчитывается, исходя из баланса лучистой энергии в рассматриваемом слое. Величины ФАР (фотосинтетически активной радиации) рассчитываются интегрированием соответствующих величин по спектру в диапазоне 400 - 700 нм.
При расчёте дневных экспозиций параметры атмосферы и воды предполагаются неизменными в течение всего дня; учитывается лишь изменение высоты Солнца. При этом предположении через каждый час рассчитываются мгновенные спектральные величины основных составляющих баланса, а затем интегрируются по спектру и по времени.
Приведены примеры расчетов и выполнены оценки влияния отражения от дна путем сравнения полученных результатов с результатами для глубокого моря.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 07-05-00799 и Программы фундаментальных исследований №17 Президиума РАН.