Оценки толщин приповерхностного слоя вод Волжского бассейна, участвующего в формировании спутниковых оптических изображений

Определение скоростей течения по последовательным спутниковым изображениям основано на оценке смещения контрастных неоднородностей, например приповерхностных скоплений фитопланктона, регулярно наблюдаемых во внутренних водоёмах. Разные спектральные каналы характеризуются различной глубиной формирования изображения, а при вертикально неоднородном распределении фитопланктона и изменении скорости течения с глубиной отдельные слои вносят различный вклад в наблюдаемые смещения. Поэтому скорости течений, определяемые методом максимальной кросс-корреляции (MCC) применительно к последовательным спутниковым снимкам, могут различаться между каналами, что требует оценки толщины наблюдаемого слоя.
Для такой оценки привлечены данные, полученные в экспедиции на НИС «Академик Топчиев», выполненной 23 июня — 8 июля 2026 г. от Рыбинского до Волгоградского водохранилища. В 46 пробах приповерхностной воды измерены спектры поглощения окрашенного растворённого органического вещества (ОРОВ) в диапазоне 240–650 нм. Показатель поглощения на 440 нм изменялся от 1,7 до 8,2 м⁻¹.
Для расчёта спектральной глубины z90, выше которой формируется около 90% выходящего из воды сигнала, был выбран известный подход на основе коэффициента диффузного ослабления Kd. В расчётную схему были включены измеренные спектры поглощения ОРОВ и модельные зависимости для оценки поглощения фитопланктона по концентрации хлорофилла-а, поглощения минеральной взвеси и детрита, а также обратного рассеяния взвешенными частицами. Расчёт Kd по этому набору оптических характеристик предусматривал учёт высоты Солнца. В качестве исходной оценки z90 было принято приближение z90 ≈ 1/Kd для оптически глубокого, вертикально-однородного слоя воды.
Для сопоставления были отобраны снимки Sentinel 3 OLCI, наиболее близкие по времени к натурным измерениям. При отборе учитывались облачность, флаги качества и близость станций к берегам. Расчётные значения z90 на 490 нм сопоставлены с глубинами, определёнными по стандартному спутниковому продукту Kd(490) на тех же участках акватории. Цель сравнения состояла в проверке согласованности натурных и спутниковых оценок толщины наблюдаемого слоя.
Полученные спектральные оценки z90 позволят учесть различия в толщине приповерхностного слоя воды и уточнить интерпретацию скоростей течения, определяемых методом MCC в разных спектральных каналах.
Работа выполнена за счет средств гранта РНФ № 26-17-00375 (“Гидродинамика Волжско-Камского каскада”), https://rscf.ru/project/26-17-00375 в части сбора и анализа in situ данных для оценки толщин верхнего водного слоя, участвующего в формировании спутниковых изображений. Изучение спектрального поглощения речных вод выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и образования РФ, тема FMWE-2024-0015.