Создание оптимальных био-оптических алгоритмов в Дальневосточном регионе.

Недостатки существующих алгоритмов атмосферной коррекции приводят к ошибкам в расчетах био-параметров моря, достигающих сотни процентов. Проанализированы погрешности вычислений основных спутниковых оптических параметров моря (спектров отражения дистанционного зондирования (Rrs), различных индексов цветности и концентрации хлорофилла-а (алгоритм OC3)). Выявлены зависимости значений погрешности от условий наблюдения и способа атмосферной коррекции спутниковых данных. Расчеты проводились по данным радиометра MODIS/AQUA. Спутниковые данные обрабатывались пакетом SeaDAS. Использовались два алгоритма коррекции атмосферы: NIR и MUMM. Для проверки спутниковых наблюдений использовались измерения с пяти морских станций AERONET OC: Gageocho Station, Ieodo Station, Socheongcho, Ariake Tower, Kemigawa Offshore. Были использованы все доступные измерения с 2011 г. по май 2022 г. (1430 измерений). При анализе индексов цветности получены следующие результаты. Смещения при использовании алгоритма NIR в несколько раз меньше, чем для алгоритма MUMM. Случайные ошибки алгоритма MUMM значительно меньше. Алгоритм NIR занижает значения Rrs и индексов цветности, что приводит к завышению концентрации хлорофилла-а, часто в несколько раз. Алгоритм MUMM показывает обратную тенденцию, но недооценка концентрации хлорофилла-а не более, чем в 2 раза. При вычислении индексов цвета точностные характеристики двух алгоритмов атмосферной коррекции близки по величине, но имеют разный знак. Погрешности расчета оптических параметров моря возрастают с ростом зенитного угла солнца и зависят от его азимута. Полученные результаты показывают, что если скорректировать систематические погрешности алгоритма MUMM, то точность расчета оптических параметров моря может быть значительно повышена. Предлагается следующая схема расчета био-оптических параметров. Для параметров, расчет которых основан на индексах цветности, использовать MUMM-коррекцию атмосферы с поправками на имеющиеся систематические отклонения. Для алгоритмов, использующих величины Rrs, применять дополнительно расчеты, проведенные при NIR-коррекции. Применение этого подхода в Дальневосточном регионе значительно снижает ошибки расчетов и не приводит к систематическим погрешностям. Так, при расчете концентрации хлорофилла-а алгоритмом OC3 при модернизированной MUMM-коррекции атмосферы, стандартное отклонение упало почти в 2 раза при сравнении с NIR-коррекцией по данным AERONET-станций.
Работа поддержана программой МинОбрНауки «Приоритет-2030»