Использование данных спутникового сканера MODIS-Aqua для оценки концентрации хлорофилла и взвеси в водах Финского залива

Цель работы – разработка региональных алгоритмов оценки концентрации хлорофилла и взвеси в водах Финского залива на основе данных судовых и спутниковых измерений.
Натурные исследования проводились в восточной части Финского залива в июле 2012 г. и включали измерения спектрального коэффициента яркости водной толщи посредством плавающего спектрорадиометра и прямые определения поверхностных концентраций хлорофилла и взвеси стандартными методами. Всего выполнены 15 станций, но, к сожалению, по погодным условиям, спутниковые данные удалось получить только для трех из них. Концентрация хлорофилла в районе исследований изменялась в широких пределах – от 1.2 до 23.7 мг/м3, взвеси – от 1 до 5.5 г/м3.
По данным судовых измерений была выполнена прямая проверка возможности использования существующих спутниковых алгоритмов определения концентрации хлорофилла (стандартные алгоритмы OC4v4, OC3M для спутниковых сканеров SeaWiFS и MODIS-Aqua и региональные алгоритмы PAN_SW, PAN_MD, разработанные специалистами Института океанологии Польской Академии Наук для южной части Балтийского моря), которая показала, что эти алгоритмы для всех станций, за одним исключением, завышают концентрацию хлорофилла в 2-5 раз, а в отдельных случаях более 10 раз. Исключение составила лишь прибрежная станция с самой высокой концентрацией хлорофилла – для нее получились ошибки 5-6% при использовании польских алгоритмов, 8% для алгоритма SeaWiFS, 29% - алгоритма MODIS.
Региональные алгоритмы для оценки концентрации хлорофилла, разработанные на основе данных проведенных судовых измерений, значительно уменьшают ошибки: коэффициент детерминации равен 0.78-0.80 (в разных вариантах алгоритмов), ошибка регрессии – 2.5-2.7 мг/м3, относительная ошибка – 60-63% (15 пар). Расчет выполнялся через отношение коэффициентов яркости моря для длин волн 531 и 547 нм в одном варианте, и через это отношение, скорректированное на коэффициент яркости моря для 667 нм, в другом.
Концентрация взвеси рассчитывалась через показатель рассеяния назад взвешенными частицами, который определялся по ранее разработанному алгоритму (http://optics.ocean.ru). Ошибки при расчете концентрации взвеси по данным плавающего спектрорадиометра получились вполне приемлемые: коэффициент детерминации - 0.83, ошибка регрессии – 0.5 г/м3, относительная ошибка – 22% (15 пар).
Проверка разработанных алгоритмов по имеющимся спутниковым данным показала заметное, но приемлемое увеличение ошибок, обусловленное ошибками атмосферной коррекции.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ (Договор РГГМУ №11.G34.31.0078) для поддержки исследований под руководством ведущих ученых.