Валидация данных спутниковых сканеров цвета по данным палубного спектрорадиометра

В течение первого этапа 89-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в сентябре 2022 года в Карское море были получены новые данные о коэффициенте яркости. Измерения проводились с помощью плавающего спектрорадиометра ПРО-1 (Артемьев и др., 2000) и макета палубного спектрорадиометра ПСР, сконструированного на основе спектрометра Ocean Insight FLAME (https://oceanoptics.ru).
Спектры коэффициента яркости моря, измеренные с помощью ПСР по методике, аналогичной используемой в МГИ РАН (Ли и др., 2015), корректируются на величину «подставки», являющейся разницей между измеренным и модельным спектрами. Для расчета модельного спектра сначала решается обратная задача по определению значений биооптических параметров. Затем рассчитанные данные используются при решении прямой задачи (Werdell et al., 2013), что позволяет получить модельный спектр. Сопоставление скорректированных результатов ПСР с эталонными данными о коэффициенте яркости моря, полученными с помощью ПРО-1, каналы которого имеют абсолютную радиометрическую калибровку, показало их хорошее согласие (RMSE <0.6*10^(-3). Также использовались спутниковые данные второго уровня о коэффициенте яркости моря, скачанные с сайта https://oceancolor.gsfc.nasa.gov, сканеров цвета MODIS (Aqua, Terra), VIIRS (NOAA-20) с пространственными разрешениями 1 км и 750 м соответственно. Разница между контактными и дистанционными измерениями в данной работе ограничена 24 часами.
Сравнение спутниковых данных с натурными показало, что в коротковолновых каналах (412, 443 нм) наблюдаются завышенные значения коэффициента яркости моря, что говорит об ошибках атмосферной коррекции. Несмотря на эту неточность, для остальных длин волн спектры Rrs спутниковых сканеров цвета не имеют значительных различий с измеренными как ПСР, так и ПРО-1.
Также проведено сравнение биооптических параметров (концентрация хлорофилла-а и показатель поглощения желтым веществом на длине волны 443 нм), которые получены с помощью алгоритма GIOP (Werdell et al., 2013) на основе измерений ПСР, с данными прямых определений, а также с результатами работы региональных спутниковых алгоритмов (Вазюля и др., 2014; Кузнецова и др., 2013). Преимущественно результаты стандартных спутниковых биооптических параметров имеют существенные различия с натурными данными: в случае концентрации хлорофилла-а наблюдается завышение, а показатель поглощения желтым веществом часто нереалистичен (отрицателен). Работа региональных алгоритмов позволяет получить приближенные к данным судовых измерений результаты, что полезно в дальнейших расчетах, например, первичной продукции или радиационного баланса.

Финансирование:
Данные судовых измерений получены в рамках государственного задания ИО РАН по теме № FMWE-2021-0001.
Обработка данных проводилась по проекту Минобрнауки № 075-15-2021-934 («Исследование антропогенных и естественных факторов изменении состава воздуха и объектов окружающей среды в Сибири и Российском секторе Арктики в условиях быстрых изменении климата с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»»).

Благодарности:
Авторы благодарят за помощь в изготовлении макета палубного спектрорадиометра А.В. Булохова и Ф.Ф. Вертея; за подготовку плавающего спектрорадиометра к экспедиционному сезону – А.Н. Храпко, за участие в проведении судовых измерений – А.В. Артемьева, Д.Н. Дерягина, И.В. Салинг, С.К. Клименко, М.Д. Кравчишину.