Том 28, номер 11, статья № 7

Аннотация:

Предложен оригинальный метод калибровки спектров коэффициента яркости водной поверхности, измеренных с борта движущегося судна с помощью трехканального оптического спектрофотометра. В методе использованы особенности поглощения света чистой водой. В результате его применения по спектрам коэффициента яркости могут быть восстановлены спектры поглощения морской воды. Представлены результаты обработки измерений в прибрежной акватории российского побережья Черного моря в районе влияния стока рек. Показана эффективность калибровки измеренных спектров, полученных в условиях переменной облачности и ветра. По полученным спектрам поглощения оценены концентрации основных примесей в морской воде исследуемой акватории и проведено сравнение этих оценок с результатами прямого анализа взятых проб воды. Показано, что предложенный метод оценки состава морской воды, включающий в себя дистанционные измерения коэффициента яркости моря с борта судна, калибровку этих спектров с получением спектров поглощения света морской водой и определение по ним концентрации основных примесей, может применяться при исследовании зон шельфа и внутренних морей, так как он не использует предположения о наличии какой-либо корреляции между концентрациями фитопланктона, растворенной органики («желтого вещества») и взвеси.

Ключевые слова:

спектры коэффициента яркости моря, поглощение и рассеяние света морской водой, приустьевая акватория Черного моря, концентрации основных природных примесей – фитопланктона, растворенной органики («желтого вещества») и взвеси

Список литературы:

1. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnol. Oceanogr. 1977. V. 22, N 4. P. 709–722.
2. Prieur L., Sathiendranath S. An optical classification of coastial and oceanic waters based on the specific spectral absorption curves of phytoplankton pigments, dissolved organic matter and other particulate materials // Limnol. Oceanogr. 1981. V. 26, N 4. P. 671–689.
3. Оптика океана. Т. 1 / Под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. 372 с.
4. Пелевин В.Н. Оптические явления на поверхности океана // Явления на поверхности океана / Под. ред. А.С. Монина и В.П. Красицкого. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. P. 318–329.
5. Wozniak B., Dera PJ. Light Absorption in Sea Water. N.Y.: Springer Science + Business Media, LLC, 2007. 454 p.
6. Копрова Л.И., Коновалов Б.В., Пелевин В.В., Пелевин В.Н., Хлебников Д.В. Изменчивость комплекса оптических и гидрологических параметров поверхностных вод Атлантического океана // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 2. С. 212–227.
7. Шаманаев В.С., Пеннер И.Э., Крекова М.М., Коханенко Г.П., Сагафифар М.Х. Гидрооптическое лазерное зондирование в контролируемых условиях // Изв. вузов. Физ. 2005. Т. 48, № 12. С. 34–39.
8. Bowers D.G., Binding C.E. The optical properties of marine suspended particles: A review and synthesis // Estuarine, Coastal Shelf Sci. 2006. V. 67. P. 219–230.
9. Wozniak B., Ostrowska M. Optical absorption properties of phytoplankton in various seas // Oceanologia. 1990. N 29. P. 117–146.
10. Коновалов Б.В., Матюшенко В.А., Пелевин В.Н., Ростовцева В.В., Лещев А.В., Хлебников Д.В. Концентрация «желтого вещества» и компонентов сестона в водах Белого моря и их вклад в светопоглощение // Опыт системных океанологических исследований в Арктике. М.: Научный мир, 2001. С. 409–417.
11. Morel A. Optical modelling of the upper ocean in relation to its biogenous matter content (case 1 waters) // J. Geophys. Res. C. 1988. V. 93, N 9. P. 10749–10768.
12. Пелевин В.Н., Ростовцева В.В. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру восходящего солнечного излучения // Оптика атмосф. и океана. 1996. Т. 9, № 12. С. 1653–1658.
13. Babin M., Morel A., Fournier-Sicre V., Fell F., Stramski D. Light scattering properties of marine particles in coastal and open ocean waters as related to the particle mass concentration // Limnol. Oceanogr. 2003. V. 48, N 2. P. 843–859.
14. Буренков В.И., Гольдин Ю.А., Кравчишина М.Д. Распределение концентрации взвеси в Карском море в сентябре 2007 г. по судовым и спутниковым данным // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 842–849.
15. Kopelevich O.V., Goldin Y.A., Artemiev V.A., Shatravin A.V. Optical structure of the Kara Sea waters from data of the ship measurements in 2011 // Proc. VII Intern. Conf. “Current Problems in Optics of Natural Waters (OWN’2013)”. St.-Peterburg: Nauka, 2013. P. 67–71.
16. Матюшенко В.А., Пелевин В.Н., Ростовцева В.В. Измерение коэффициента яркости моря трехканальным спектрофотометром с борта НИС // Оптика атмосф. и океана. 1996. Т. 9, № 5. С. 664–669.
17. Mobley C.D. Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 36. P. 7442–7455.
18. Pelevin V.N., Rostovtseva V.V. Estimation of “yellow substance” concentration in sea water by various contact and remote measurements data // Proc. SPIE. 2000. V. 4341. P. 459–465.
19. Пелевин В.Н., Ростовцева В.В., Попов И.К. О спектральной яркости моря вблизи Антарктиды и возможности дистанционного определения концентрации хлорофилла и «желтого вещества» // Мат-лы IV Междунар. научно-технич. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» (МСОИ-2000). 2000. Ч. 1. С. 243–254.
20. Hommersom A., Kratzer S., Laanen M., Ansko I., Ligi M., Bresciani M., Giardino C., Beltrán-Abaunza J.M., Moore G., Wernand M., Peterset S. Intercomparison in the field between the new WISP-3 and other radiometers (TriOS Ramses, ASD FieldSpec, and TACCS) // J. Appl. Remote Sens. 2012. V. 6, N 1. P. 063615-1–063615-21.
21. Артемьев В.А., Буренков В.И., Возняк С.Б., Григорьев А.В., Дарецкий М.А., Демидов А.А., Копелевич О.В., Французов О.Н., Храпко А.Т. Подспутниковые измерения цвета океана: натурный эксперимент в Черном и Эгейском морях // Океанология. 2000. Т. 40, № 2. С. 192–198.
22. Binding C.E., Bowers D.G., Mitchelson-Jacob E.G. An algorithm for the retrieval of suspended sediment concentrations in the Irish Sea from SeaWiFS ocean colour satellite imagery // Int. J. Remote Sens. 2003. V. 24, N 19. P. 3791–3806.
23. Копелевич О.В., Буренков В.И., Шеберстов С.В., Прохоренко О.В. Разработка региональных алгоритмов атмосферной коррекции спутниковых данных о цвете океана // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т. 1, вып. 6. С. 400–408. 
24. Tyler J.E., Smith R.C., Wilson W.H. Predicted optical properties for clear natural water // J. Opt. Soc. Amer. 1972. V. 62, N 1. P. 83–91.
25. Копелевич О.В. Оптические свойства чистой воды в спектральной области 250–600 нм // Оптика и спектроскопия. 1976. Т. 41, вып. 4. С. 666–668.
26. Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380–700 nm) of pure water. Integrating cavity measurements // Appl. Opt. 1997. V. 36, iss. 33. P. 8710–8723.