РЕЗУЛЬТАТЫ ВАЛИДАЦИИ ДАННЫХ СПУТНИКОВОГО СКАНЕРА ЦВЕТА OCI PACE

Валидация данных спутниковых сканеров цвета на основе результатов экспедиционных исследований – одна из задач современной оптики океана, которая не теряет актуальности ввиду запуска новых приборов. В 2024 году свою работу начала миссия PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem). Она включает в себя измерения характеристик океана с помощью нового гиперспектрального сканера цвета OCI, а также аэрозолей и облаков с помощью поляриметров [1]. Результаты работы OCI, наряду с другими приборами, дополняют временные ряды данных о коэффициенте яркости моря, используемых для расчета пространственно-временных распределений биооптических характеристик. Цель данной работы – проведение валидации данных о коэффициенте яркости моря нового спутникового сканера цвета OCI (PACE). Для сравнения используются результаты натурных измерений, выполненных с помощью палубного спектрорадиометра [2] в 95-ом (июнь – июль 2024 г.) и 96-ом (июль – август 2024 г.) рейсах НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Баренцевом и Карском морях.
С помощью программного обеспечения SMCS (Satellite Monitoring of the Caspian Sea), разработанного в Лаборатории оптики океана ИО РАН [3], подобраны пары спектров коэффициента яркости моря «натурное измерение – спутниковое». Разница по времени составила 24 часа. В радиусе 5 км проведен поиск ближайших к координатам станции пикселя и его «соседей» в квадрате 3 на 3 пикселя. Выбраны данные за исключением тех, что имеют флаг качества STRAYLIGHT (как правило, этим флагом обозначаются пиксели на границе с облаками), CLDICE (идентификатор облаков и льда) и LAND (маска земли).
Затем рассчитаны ошибки измерений (относительная ошибка – отн. ош., среднеквадратичное отклонение – СКО), средние по каналам для каждого сканера цвета, а также в диапазоне длин волн 400–600 нм для всех подобранных пар. При рассмотрении зависимостей средних относительных ошибок в Баренцевом море от разных факторов установлено, что локальные максимумы распределений относительных ошибок соответствуют спутниковым измерениям, выполненным за 12 часов до/от момента проведения экспедиционных измерений. Наименьшие ошибки соответствуют значениям зенитных углов меньше 75 градусов, что согласуется с результатами, приведенными в работе по определению концентрации хлорофилла-а в море Лаптевых [4]. В распределениях ошибок данных OCI для Карского моря отсутствуют подобные зависимости. Причиной может быть сравнительно частая облачность, а также процесс таяния льда на момент экспедиционных исследований в акватории. Эти факторы вносят искажения в измеряемый сигнал. Тем не менее, результаты спутниковых наблюдений в ряде случаев позволили получить хорошие согласия.
Также проведена оценка вклада в значения коэффициента яркости моря пикселей, отмеченных флагами HISOLZEN (критические значения зенитного ушла Солнца), ATMWARN (возможные ошибки атмосферной коррекции), SEAICE (наличие льда в пикселе). Суммарное количество пар подобранных данных уменьшилось на 25% для Баренцева моря и на 45% для Карского, при этом ошибки стали меньше и в коротковолновой области СКО сравнительно выше, что обусловлено некорректной оценкой атмосферной части в измеряемом сигнале. Зарегистрирован спектральный ход (~l^(-B)) среднеквадратичных отклонений со значениями B: 7 в Баренцевом море, 5.4 в Карском.
На основе проведенной валидации данных спутникового сканера цвета OCI PACE получены следующие оценки качества спектров коэффициента яркости моря: средняя по всем парам данных относительная ошибка составляет 44% в Баренцевом море. В Карском море ошибка принимает значение около 60%. Для OCI рекомендуемые величины зенитных углов Солнца составляют менее 75, при этом в ряде случаев могут быть использованы результаты измерений и при больших углах. Например, число пар с зенитными углами Солнца более 75 и относительными ошибками менее 50% составляет 6.5%. Проведенная работа полезна для адаптации региональных биооптических алгоритмов Лаборатории оптики океана ИО РАН для сканера цвета OCI PACE.
Благодарности. Автор благодарит к.ф.-м.н. Д.И. Глуховца за полезные обсуждения и важные комментарии; с.н.с. С.В. Шеберстова за адаптацию программного обеспечения SMCS для анализа данных гиперспектрального сканера цвета OCI (PACE); с.н.с. С.В. Вазюля за ценные советы по улучшению рукописи статьи; к.х.н. В.Д. Володина за помощь в проведении измерений коэффициента яркости моря; а также руководителей 95-го и 96-го рейсов НИС «Академик Мстислав Келдыш» академика РАН М.В. Флинта и к.г.-м.н. М.Д. Кравчишину за поддержку при проведении судовых гидрооптических исследований.
Источники финансирования. Данные судовых измерений получены в рамках государственного задания ИО РАН по теме №FMWE-2024-0015. Сбор, обработка и анализ спутниковых данных проводились при поддержке проекта РНФ №25-77-10065, предоставленного через Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН.