Региональный алгоритм оценки концентрации хлорофилла в Карском море
по данным спутниковых сканеров цвета

Цель работы – разработка регионального алгоритма оценки концентрации хлорофилла в Карском море по спутниковым данным. Необходимость создания такого алгоритма обусловлена тем, что существующие алгоритмы дают результаты, неадекватные имеющимся данным судовых измерений: проведенные нами расчеты показали, что стандартный алгоритм обработки данных сканера MODIS существенно завышает концентрацию хлорофилла, а алгоритм для Баренцева моря, разработанный в ИОРАН (http://optics.ocean.ru), занижает.
Для разработки нового алгоритма использовались данные прямых определений концентрации хлорофилла в экспедициях в Карском море в сентябре 2007 и 2011 годов (37 и 33 станции), измерений спектрального коэффициента яркости водной толщи плавающим спектрорадиометром (6 станций в 2011 г.) и спутниковые данные сканера MODIS-Aqua (4400 файлов за май-сентябрь 2007 и 2011 гг.). Из-за малочисленности судовых измерений коэффициента яркости и отсутствия (по погодным условиям) совпадающих во времени данных спутниковых измерений и определений концентрации хлорофилла, разработка алгоритма основывалась на всей совокупности спутниковых данных в сентябре 2007 и 2011 гг.: для каждой станции отбирались спутниковые данные этого года, соответствующие ее координатам. Исследовались массивы при разных требованиях к отбраковке данных (для 2007 г. 310, 185 и 29 пар значений). В итоге выбран массив из 185 спутниковых изображений (выборка 2007_185), и по этим данным рассчитано уравнение регрессии для расчета lnChl через отношение спутниковых коэффициентов яркости моря ln[Rrs(531)/Rrs(547)], квадрат коэффициента корреляции R2=0.47, ошибка регрессии – 0.29 мг м-3. Аналогичные уравнения регрессии были рассчитаны для выборки с 29 парами значений (спутниковые измерения ±2 суток от взятия пробы) и массива 2011 г. (111 пар значений). Коэффициенты регрессии для этих выборок оказались близки к уравнению 2007_185, что свидетельствует о временной устойчивости выявленной количественной связи. Стандартные ошибки применения алгоритма 2007_185 к выборкам 2007_29 и 2011_111 оказались равны, соответственно, 0.35 и 0.31 мг/м-3.
С помощью этого алгоритма построены среднемесячные карты распределения концентрации хлорофилла в Карском море для сентября 2007 и 2011 г., которые оказались очень похожи. Также схожи построенные нами гистограммы распределения значений концентрации хлорофилла, которые оказались бимодальными: первый максимум соответствует типичному значению концентрации хлорофилла в открытых районах моря (0.85-0.9 мкг/л), другой – значению в районах вблизи устьев Оби и Енисея (1.65-1.6 мкг/л).
Разработанный алгоритм является на данный момент оптимальным с точки зрения соответствия имеющимся данным прямых определений концентрации хлорофилла. Перспективы его усовершенствования связаны с получением новых данных экспедиционных исследований.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ (Договор РГГМУ №11.G34.31.0078) для поддержки исследований под руководством ведущих ученых.