Пространственно-временное распределение восходящей яркости вод Горьковского водохранилища по данным контактных и дистанционных измерений

В настоящее время благодаря развитию средств дистанционного зондирования высокого пространственного разрешения появилась возможность для исследования внутренних водоемов оптическими методами. Такие исследования позволяют оперативно характеризовать экологическое состояние водоемов, как правило, подверженных значительному антропогенному воздействию. В результате влияния таких факторов, как выносы удобрений с полей, бытовые и промышленные стоки, во внутренних пресноводных водоемах создаются благоприятные условия для массового развития фитопланктона (цветения), что представляет как опасность для жизнедеятельности человека и животных, так и трудность при обработке данных дистанционного зондирования [1].
В данном исследовании стояла задача сопоставить спектры коэффициента яркости водной толщи, полученные контактными и дистанционными методами. В период с 15 по 22 мая по 2018 года на Горьковском водохранилище проводились измерения спектрального коэффициента яркости спектрофотометром, изготовленным в Морском гидрофизическом институте [2]. Измерения проводились в ясную солнечную погоду при условиях слабого волнения. Период измерений соответствовал состоянию с низкими значениями первичой продукции сразу после спада паводковых вод. Район измерений представлял собой часть водохранилища ниже города Чкаловск, размерами приблизительно 10 х 15 км, и включал различные по гидрологическому режиму и биооптическому состоянию участки: русло Волги, пойменную (мелководную) часть водохранилища, устья впадающих притоков. Измерения выполнялись на одних и тех же станциях с целью отследить пространственную и временную изменчивость коэффициента яркости. Одновременно выполнялись определения глубины видимости диска Секки, определения глубины фотической зоны люксметром, и велись наблюдения за ветро-волновой обстановкой.
Для дней, когда проводились контактные измерения, были получены спутниковые снимки водохранилища в оптическом диапазоне со сканеров MODIS Terra и Aqua, Sentinel 2, 3. Для изображений Sentinel была выполнена атмосферная коррекция SNAP. Сопоставление спектров коэффициента яркости, полученных контактными методами, со спектрами MODIS показало хорошее соответствие для русловой части водохранилища. Хорошее соответствие наблюдалось особенно в условиях небольшого (1-2 балла) волнения, когда клетки распределены практически равномерно в фотическом слое. Для мелководной части влияние дна не дает возможности получить сопоставимые результаты. Для исключения этого влияния были проведены дополнительные измерения, однако их обработка и использование не входят в задачи данной работы. Для Sentinel применение дополнительной коррекции с использованием натурных данных о состоянии атмосферы дало возможность получить спектры, сопоставимые с контактными измерениями, однако в них прослеживалось существенное влияние береговой засветки.
Проведенная работа позволяет охарактеризовать сезонную и пространственную изменчивость оптических свойств воды Горьковского водохранилища, а также закладывает основы для разработки регионального алгоритма для расчета биооптических характеристик водоема по дистанционным измерениям.