Том 38, номер 02, статья № 3

Аннотация:

Представлены результаты самолетных лидарных измерений пространственного распределения относительной концентрации хлорофилла а в поверхностных водах Карского моря, которая определялась методом лазерно-индуцируемой флуоресценции. Для нормировки одновременно осуществлялась регистрация интенсивности сигнала комбинационного рассеяния излучения водой. Результаты пространственного распределения нормированной интенсивности флуоресценции получены на трех участках полета в юго-западном регионе Карского моря. Для двух участков шельфовой зоны возле западного побережья п-ва Ямал пространственное распределение интенсивности флуоресценции достаточно однородное с коэффициентами вариации 9 и 15%. Третий участок в районе северной оконечности п-ва Ямал характеризуется мощным влиянием материкового речного стока, что проявляется в наличии резких фронтальных зон с масштабами 5–10 км, где коэффициент вариации нормированной интенсивности флуоресценции Cl достигает 40%. В вариации значений Cl на этом участке преимущественный вклад вносит сильная изменчивость нормировочных сигналов комбинационного рассеяния и в гораздо меньшей степени изменение интенсивности флуоресценции. Рассмотрены факторы, влияющие на изменчивость сигналов комбинационного рассеяния. Синхронные измерения in situ с борта судна и дистанционные с борта самолета позволили оценить размерный калибровочный коэффициент k_Cl = 1,03 ± 0,09 мкг/л для первых двух участков зондирования поверхностных вод Карского моря.

Ключевые слова:

лидар, лазерно-индуцируемая флуоресценция, комбинационное рассеяние, концентрация хлорофилла а

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Belan B.D., Ancellet G., Andreeva I.S., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Y., Balin Yu.S., Barsuk V.E., Belan S.B., Chernov D.G., Davydov D.K., Fofonov A.V., Ivlev G.A., Kotel’nikov S.N., Kozlov A.S., Kozlov A.V., Law K., Mikhal’chishin A.V., Moseikin I.A., Nasonov S.V., Nédélec Ph., Okhlopkova O.V., Ol’kin S.E., Panchenko M.V., Paris J.-D., Penner I.E., Ptashnik I.V., Rasskazchikova T.M., Reznikova I.K., Romanovskii O.A., Safatov A.S., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Yakovlev S.V., Zenkova P.N. Integrated airborne investigation of the air composition over the Russian sector of the Arctic // Atmos. Meas. Tech. 2022. N 15. P. 3941–3967. DOI: 10.5194/amt-15-3941-2022.
2. Кравчишина М.Д., Клювиткин А.А., Новигатский А.Н., Глуховец Д.И., Шевченко В.П., Белан Б.Д. 89-й рейс (1-й этап) научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш»: климатический эксперимент во взаимодействии с самолетом-лабораторией Ту-134 «Оптик» в Карском море // Океанология. 2023. Т. 63, № 3. С. 492–495. DOI: 10.31857/S0030157423030073.
3. Nasonov S., Balin Yu., Klemasheva M., Kokhanenko G., Novoselov M., Penner I., Samoilova S., Khodzher T. Mobile aerosol Raman polarizing lidar LOSA-A2 for atmospheric sounding // Atmosphere. 2020. N 11. P. 1032. DOI: 10.3390/atmos11101032.
4. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир, 1987. 550 с.
5. Орлов В.М., Самохвалов И.В., Белов М.Л., Шаманаев В.С., Климкин В.М., Белохвостиков А.В., Пеннер И.Э., Сафин Р.Г., Юдовский А.Б. Дистанционный контроль верхнего слоя океана. Новосибирск: Наука, 1991. 149 с.
6. Букин О.А., Павлов А.Н., Салюк П.А., Голик С.С., Ильин А.А., Бубновский А.Ю. Лазерные технологии исследования океана // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 10. С. 926–934.
7. Букин О.А., Ильичев В.И., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Стафиевский А.Г., Тяпкин В.А. Судовой гидролидарный комплекс для зондирования верхнего слоя океана // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 10. С. 1403–1409.
8. Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С. Авиалидарные исследования морской акватории. Ч. 1. Короткие трассы // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 12. С. 1132–1136.
8. Фадеев B.B. Дистанционное лазерное зондирования фотосинтезирующих организмов // Квант. электрон. 1978. Т. 5, № 10. С. 2221–2226.
10. Hoge F.E., Swift R.N. Airborne simultaneous spectroscopic detection of laser-induced water Raman backscatter and fluorescence from chlorophyll a and other naturally occurring pigments // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 18. P. 3197–3205. DOI: 10.1364/AO.20.003197.
11. Babichenko S., Poryvkina L., Arikese V., Kaitala S., Kuosa H. Remote sensing of phytoplankton using laser-induced-fluorescence // Remote Sens. Environ. 1993. V. 45, N 1. P. 43–50. DOI: 10.1016/0034-4257(93)90080-H.
12. Barbini R., Colao F., Fantoni R., Palucci A., Ribezzo S. Differential lidar fluorosensor system used for phytoplankton bloom and seawater quality monitoring in Antarctica // Int. J. Remote Sens. 2001. V. 22, N 2/3. P. 369–384. DOI: 10.1080/014311601449989.
13. Карабашев Г.С. Флюоресценция в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 199 с.
14. Клышко Д.Н., Фадеев В.В., Дистанционное определение концентрации примесей в воде методом лазерной спектроскопии с калибровкой по комбинационному рассеянию // Докл. АН СССР. 1978. Т. 238, № 2. С. 320–323.
15. Babichenko S.M. Laser remote sensing of the european marine environment: LIF technology and applications // Remote Sensing of the European Seas. Chapter 2. Springer, 2008, p. 189–204. DOI: 10.1007/978-1-4020-6772-3_15.
16. Prieur L., Sathyendranath Sh. An optical classification of coastal and oceanic waters based on the specific spectral absorbtion of phytoplankton pigments, dissolved organic matter and other particulate materials // Limnol. Oceanogr. 1981. V. 26. P. 671–689.
17. Букин О.А., Пермяков М.С., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Скороход Г.В., Чекункова В.В., Царева О.С., Тархова Т.И. Связь параметров спектров флуоресценции морской воды, возбуждаемых лазерным излучением, с типом морских вод // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 11. С. 1011–1014.
18. Зацепин А.Г., Завьялов П.О., Кременецкий В.В., Поярков С.Г., Соловьев Д.М. Поверхностный опресненный слой в Карском море // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. С. 698–708.
19. Федоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.
20. Коник А.А., Зимин А.В., Атаджанова О.А. Пространственно-временная изменчивость характеристик стоковой фронтальной зоны в Карском море в первые два десятилетия XXI века // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 4. С. 23–41. DOI: 10.48612/fpg/38mu-zda7-dpep.
21. Glukhovets D.I., Goldin Y.A. Surface desalinated layer distribution in the Kara Sea determined by shipboard and satellite data // Oceanologia. 2020. V. 62, N 3. P. 364–373. DOI: 10.1016/j.oceano.2020.04.002.
22. Копелевич О.В., Салинг И.В., Вазюля С.В., Глуховец Д.И., Шеберстов С.В., Буренков В.И., Каралли П.Г., Юшманова А.В. Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины России, по данным спутниковых сканеров цвета 1998–2017 гг. М.: ВАШ ФОРМАТ, 2018. 140 с.
23. Kravchishina M., Politova N., Klyuvitkin A., Lokhov A., Migdisova I., Kudryavtseva E., Penner I., Ambrosimov A., Schuka A., Novigatsky A. Characterization of suspended particulate matter in the South Kara Sea (Arctic Ocean) in September 2022 as part of the climate experiment // Proc. SPIE. V. 12780. 2023. DOI: 10.1117/12.2692937.
24. Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана / под ред. А.С. Монина. М.: Наука, 1983. 372 с.
25. Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С., Ладбрук Дж., Скотт А. Лазерное зондирование акватории озера Байкал // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 1. С. 39–45.
26. Коханенко Г.П., Балин Ю.С., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С. Лидарные и in situ измерения оптических параметров поверхностных слоев воды в озере Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 5. С. 377–385.
27. Букин О.А., Пермяков М.С., Салюк П.А., Майор А.Ю., Буров Д.В., Хованец В.А., Голик С.С., Подопригора Е.Л. Особенности формирования спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в период цветения водорослей в различных районах Мирового океана // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 9. С. 742–749.
28. Букин О.А., Салюк П.А., Майор А.Ю., Павлов А.Н. Исследование процессов воспроизводства органического вещества клетками фитопланктона методом лазерной индуцированной флуоресценции // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 11. С. 976–983.
29. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 280 с.
30. Walrafen G.E. Raman spectral studies of the effects of temperature on water structure // J. Chem. Phys. 1967. V. 47. P. 114. DOI: 10.1063/1.1711834.
31. Leonard D.A., Caputo B., Hoge F.E. Remote sensing of subsurface water temperature by Raman scattering // Appl. Opt. 1979. V. 18, N 11. P. 1732–1745. DOI: 1364/AO.18.001732.
32. Беккиев А.Ю., Гоголинская Т.А., Фадеев В.В. Одновременное определение температуры и солености морской воды методом лазерной КР-спектроскопии // Докл. АН СССР. 1983. Т. 271, № 4. С. 849–853.
33. Ricciardulli L., Wentz F.J. Remote Sensing Systems ASCAT C-2015 Daily Ocean Vector Winds on 0.25 deg grid, Version 02.1, Santa Rosa, CA: Remote Sensing Systems, 2016. URL: www.remss.com (last access: 10.04.2023).
34. Pavlov V.K., Pfirman S.L. Hydrographic structure and variability of the Kara Sea: Implications for pollutant distribution // Deep Sea Res., Part III. 1995. V. 42, N 6. P. 1369–1390. DOI: 10.1016/0967-0645(95)00046-1.
35. Федоров К.Н., Гинзбург А.И. Поверхностные явления в океане // Океанология. 1986. Т. 26, вып. 1. C. 5–14.
361. Серебряный А.Н. Слико- и сулоеобразующие явления в море. Фронты различного происхождения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9, № 5. С. 231–240.
37. Салинг И.В., Вазюля С.В., Глуховец Д.И., Шеберстов С.В., Буренков В.И. Атлас биооптических характеристик российских морей по данным спутниковых сканеров цвета. М.: Лаборатория оптики океана ИО РАН, 2023. URL: https://optics.ocean.ru (дата обращения: 1. 16.12.2023).
38. Вазюля С.В., Копелевич О.В., Шеберстов С.В., Артемьев В.А. Оценка по спутниковым данным показателей поглощения окрашенного органического вещества и диффузного ослабления солнечного излучения в водах Белого и Карского морей // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2014. Т. 11, № 4. С. 31–41.
39. Свергун Е.И, Зимин А.В., Атаджанова О.А., Коник А.А., Зубкова Е.В., Козлов И.Е. Изменчивость фронтальных разделов и короткопериодные внутренние волны в Баренцевом и Карском морях по данным спутниковых наблюдений за теплый период 2007 года // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 4. С. 181–188.
40. Jakobsson M., Mayer L.A., Bringensparr C., Castro C.F., Mohammad R., Johnson P., Ketter T., Accettella D., Amblas D., An L., Arndt J.E., Canals M., Casamor J.L., Chauché N., Coakley B., Danielson S., Demarte M., Dickson M.-L., Dorschel B., Dowdeswell J.A., Dreutter S., Fremand A.C., Gallant D., Hall J.K., Hehemann L., Hodnesdal H., Hong J., Ivaldi R., Kane E., Klaucke I., Krawczyk D.W., Kristoffersen Y., Kuipers B.R., Millan R., Masetti G., Morlighem M., Noormets R., Prescott M.M., Rebesco M., Rignot E., Semiletov I., Tate A.J., Travaglini P., Velicogna I., Weatherall P., Weinrebe W., Willis J.K., Wood M., Zarayskaya Yu., Zhang T., Zimmermann M., Zinglersen K.B. The International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean Version 4.0 // Sci. Data. 2020. V. 7. P. 176. DOI: 10.1038/s41597-020-0520-9.
41. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. М.: Мир, 1988. 324 с.
42. Юхневич Г.В., Волков В.В. Полоса валентных колебаний и структура жидкой воды // Докл. АН. 1997. Т. 353, № 4. С. 465–468.
43. Sun Q. The Raman OH stretching bands of liquid water // Vibrational Spectrosc. 2009. V. 51. P. 213–217. DOI: 10.1016/j.vibspec.2009.05.002.
44. Walrafen G.E., Hokmabadi M.S., Yang W.H. Raman isosbestic points from liquid water // J. Chem. Phys. 1986. V. 85. P. 6964–6969. DOI: 10.1063/1. 451383.
45. Whiteman D.N., Walrafen G.E., Yang W.-H., Melfi S.H. Measurement of an isosbestic point in the Raman spectrum of liquid water by use of a backscattering geometry // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 12. P. 2614–2615. DOI: 10.1364/AO.38.002614.
46. Хорн Р. Морская химия (структура воды и химия гидросферы). М.: Мир, 1972. 400 с.
47. Глушков С.М., Панчишин И.М., Фадеев В.В. Наблюдение «аномальных» спектров комбинационного рассеяния света при фазовом переходе вода – лед // Докл. АН СССР. 1986. Т. 291, № 4. С. 836–839.
48. Глушков С.М., Панчишин И.М., Фадеев В.В. Лазерная диагностика гетерофазных водных объектов // Оптика атмосф. и океана. 1988. Т. 1, № 12. С. 80–86.
49. Andreeva N.P., Bunkin A.F., Pershin S.M. Deformation of the Raman scattering spectrum of Ih ice under local laser heating near 0 °C // Opt. Spectrosc. 2002. V. 93. P. 252–256. DOI: 10.1134/1.1503755.
50. Першин С.М. Наблюдение льдоподобного состояния в переохлажденной воде и его разрушение импульсами лазера // Опт. и спектроскоп. 2003. Т. 95, № 4. С. 628–636.
51. Cunningham K., Lyons P.A. Depolarization ratio studies on liquid water // J. Chem. Phys. 1973. V. 59, N 4. P. 2132–2139. DOI: 10.1063/1.1680299.
52. Pattenaude S.R., Streacker L.M., Ben-Amotz D. Temperature and polarization dependent Raman spectra of liquid H₂O and D₂O // J. Raman Spectrosc. 2018. V. 49. P. 1860–1866. DO: 10.1002/jrs.5465.
53. Schultz J.W., Hornig D.F. The effect of dissolved alkali halides on the Raman spectrum of water // J. Phys. Chern. 1961. V. 65, N 12. P. 2131–2139. DOI: 10.1021/j100829a005.