Расчет эффективных значений спектров показателя поглощения с учетом стратификации оптических характеристик морской воды по спутниковым и судовым данным

Поглощение морской водой определяет распространение солнечного излучения в морской воде. Это один из факторов глобального потепления, проявляющегося в Арктическом регионе наиболее ярко. Поглощение зависит от концентрации взвешенных частиц, различным образом распределенных по водной толще, которое можно оценить по судовым данным показателя ослабления морской воды, и от растворенного органического вещества. В данной работе рассматривается учет стратификации оптически активных компонент для расчета эффективных значений показателя поглощения взвешенными частицами, формируемого толщей воды.
Спутниковые данные второго уровня сканера цвета OLCI Sentinel 3A-B скачаны с сайта Copernicus; MODIS Aqua, Terra, VIIRS – с сайта Nasa. Судовые данные получены в 84-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» в июле-августе 2021 г. Это измерения на пробах воды, отобранных с различных горизонтов, спектрального показателя поглощения света морской воды спектрофотометром с интегрирующей сферой ICAM (Погосян и др., 2009; Глуховец и др., 2017); вертикальные профили показателя ослабления на 530 нм с(530) – прозрачномером ПУМ-200 (Артемьев и др., 2021); измерения фотосинтетически активной радиации (ФАР) – с помощью LI-COR, она использовалась для расчета значений показателя диффузного ослабления света Kd в диапазоне ФАР (400-700 нм); коэффициенты яркости водной толщи Rrs(λ) получены с помощью плавающего спектрорадиометра ПРО-1 (Артемьев и др., 2000). Спутниковые и судовые Rrs(λ) использовались для модели GIOP (Generalized Inherent Optical Properties) (Werdell P.J. et all., 2018) при вычислении биооптических характеристик, таких как показатели поглощения окрашенным растворенным органическим веществом (ОРОВ), детрита adg(λ) и пигментами фитопланктона aph(λ). Форма спектра aph(λ) в модели GIOP определялась по модели (Bricaud A., et al., 1998).
Для учета стратификации оптически активных компонент морской воды в данной методике поглощение взвешенными частицами ap(λ) и ОРОВ сопоставлялось с профилем показателя ослабления. С учетом данных корреляционных уравнений между показателями поглощения и ослабления создавались спектральные профили показателя поглощения, интерполированные ранее с глубиной. Вклады с различных горизонтов в коэффициент яркости водной толщи экспоненциально уменьшаются с глубиной. Для учета этого влияния рассчитана весовая функция – нормированная на площадь функция ослабления ФАР с глубиной. С учетом весовой функции получены спектры показателя поглощения, просуммированные до определенных глубин – с поверхности до 30 метров. Сопоставление с моделью GIOP (Generalized Inherent Optical Properties) на станции 7079, находящейся у кромки льда к северу от Шпицбергена, показало, что рассчитанные по разработанной методике значения поглощения взвешенными частицами близки к модельным при суммировании до глубины 8 м.
Проведено сопоставление поглощения взвешенными частицами по разработанной методике и модели GIOP с использованием коэффициентов яркости водной толщи, полученных по спутниковым данным. Сильные различия в спутниковых и судовых Rrs(λ), связанные с атмосферной коррекцией, дымкой и большими зенитными углами солнца (65-72°), приводят к значительным различиям рассчитанных эффективных значений ap(λ) и результатов модели GIOP.
Авторы выражают благодарность д.б.н. С.И. Погосяну за возможность использования интегрирующей сферы ICAM, Салинг И.В. за обработку спутниковых данных MODIS и VIIRS, а также к.ф.-м.н Ю.А. Гольдину за полезное обсуждение.
Исследование выполнено в рамках государственного задания по теме № 0128-2021-0001 и гранта РНФ № 21-77-10059.