Измерения коэффициента яркости вод Телецкого озера в августе 2023 и 2024г для развития регионального биооптического алгоритма

Согласно наблюдениям последних 20 лет, олиготрофное Телецкое озеро (Республика Алтай) подвергается постепенной эвтрофикации, вследствие чего требуется регулярный контроль его экологического состояния. Прозрачность воды в Телецком озере в основном определяется сезонным ходом речного стока, кроме северной кутовой части у пос. Артыбаш, где имеются признаки значительного антропогенного воздействия [1]. В августе 2023 и 2024 года на Телецком озере были проведены комплексные гидрооптические исследования с борта теплохода-лаборатории ИВЭП СО РАН, включавшие в себя измерения спектров коэффициента яркости водной толщи и подводной облученности, а также отбор проб для лабораторного определения концентрации хлорофилла-а. Целью является региональная адаптация существующего полуаналитического алгоритма для расчета концентрации хлорофилла-а и биооптических параметров по данным контактных измерений коэффициента яркости [2]. Отличительной особенностью данного алгоритма является то, что неизвестные параметры (рассеяние назад на взвеси, концентрация хлорофилла-а, поглощение неживым органическим веществом) определяются путем итеративной одномерной оптимизации в отдельных участках видимого спектра, а не многомерной во всем диапазоне длин волн. За счет подбора участков, где данный параметр оказывает максимальное влияние на коэффициент яркости, алгоритм может быть адаптирован для вод различной трофности. Например, в исходном алгоритме для Черного моря концентрация хлорофилла-а рассчитывалась в синем максимуме (420 – 460 нм), а в приложении к Телецкому озеру – в области красного максимума (660 – 700 нм).
Для измерений коэффициента яркости в 2023 г использовался палубный спектрофотометр, разработанный в отделе оптики моря МГИ РАН [3], в 2024г – компактный фотометр Ocean Flame, позволяющий вести непрерывные измерения с борта движущегося судна или резиновой лодки [4]. Пробы для определения концентрации хлорофилла-а отбирали из поверхностного слоя (1 м), измерения и расчеты проводились в соответствии с ГОСТ 17.1.4.02-90. В результате в августе 2023 года получено 7 станций с одновременными измерениями коэффициента яркости и концентрации хлорофилла-а, в 2024 г – 17 станций. Кроме того, получены 3 спутниковых снимка акватории озера (OLCI Sentinel 3A и 3B) за 2 и 3 августа 2024 г.
По всем станциям за оба периода исследований получена значимая корреляция между натурной и рассчитанной концентрациями хлорофилла-а (y=1.08x, R2=0.64, p<0.01). Кроме того, анализ рассчитанных показателей вертикального ослабления света позволяет заключить, что основным оптически значимым компонентом воды Телецкого озера является неживое органическое вещество. Его поглощение испытывает значительную изменчивость в абсолютных величинах, около 50%, однако вклад его в показатель вертикального ослабления, напротив, варьирует слабо, особенно в коротковолновой части спектра, и составляет около 75%.
В целом, с учетом достаточно редкой сетки станций, меридиональная часть Телецкого озера достаточно однородна по своим оптическим характеристикам. Исключением являются места впадения крупных рек, выносящих дополнительные количества минеральных и органических веществ, а также область повышенной антропогенной нагрузки в северной части озера. Это же подтверждается и по спутниковым снимкам, однако в целом качество данных OLCI для Телецкого озера не позволяет произвести численные оценки биооптических характеристик.
Использованный полуаналитический алгоритм показывает возможности оптических измерений для описания экологического состояния внутренних водоемов и представляет собой первый шаг на пути к спутниковому мониторингу биооптического состояния Телецкого озера.

Работа выполнена в рамках государственных заданий ФГБУН ФИЦ МГИ № FNNN-2024-0012 и ФГБУН ИВЭП СО РАН №0306-2021-0001 и договоров с администрацией ФГБУ «Алтайский государственный заповедник». В экспедиционных работах использовалось научное оборудование ЦКП «Научно-исследовательские суда ИВЭП СО РАН».