Оценка по спутниковым данным показателей поглощения окрашенного органического вещества и диффузного ослабления солнечного излучения
в водах Белого и Карского морей

Показатель поглощения ag окрашенного растворенного органического вещества (ОРОВ) – важнейший оптический параметр, обусловливающий поглощение света морской водой и характеризующий содержание окрашенной органики, в частности, качество воды в прибрежной зоне. Для большинства вод его величина вносит существенный вклад в значение показателя диффузного ослабления подводной облученности Kd, определяющего проникновение солнечного излучения в водную толщу. Показатель ag также заметно влияет на спектр коэффициента яркости моря Rrs, что определяет возможность оценки ag по данным спутниковых сканеров цвета. В настоящее время в число стандартных продуктов обработки спутниковых данных сканера MODIS-Aqua входит “cdom_index”, который показывает изменение соотношения между содержанием ОРОВ и хлорофилла (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov), однако корректная оценка величины ag все еще остается нерешенной проблемой.
ОРОВ сильнее всего влияет на значения Rrs в коротковолновой части, так как ag экспоненциально возрастает с уменьшением длины волны; казалось бы, именно этот участок спектра следует использовать для оценки ag. Однако при высоком содержании ОРОВ величина Rrs, из-за сильного поглощения, уменьшается до значений, которые трудно оценить с приемлемой точностью на фоне ошибок измерений и атмосферной коррекции. При этом возрастает влияние ag на значения Rrs в средней и даже длинноволновой части видимой области спектра, что дает возможность использовать эти значения для оценки ag.
В нашем алгоритме для определения ag используются значения Rrs для семи спектральных каналов сканера MODIS (488, 531, 547, 555, 645, 667 и 678 нм), а коротковолновые каналы не используются из-за больших ошибок атмосферной коррекции. Обратная задача решается с помощью полуаналитического алгоритма с использованием малопараметрических моделей спектральных показателей поглощения и рассеяния назад (монография «Мировой океан» 2014, Т.2, С. 58-82). Чтобы минимизировать ошибки, концентрация хлорофилла рассчитывается независимо посредством региональных алгоритмов, разработанных ранее для Белого и Карского морей; в результате решения обратной задачи рассчитываются два неизвестных параметра – ag и показатель рассеяния назад взвешенными частицами bbp. Эти два параметра позволяют рассчитать спектральные значения показателя диффузного ослабления подводной облученности Kd и уровни фотосинтетически активной радиации (ФАР) в фотическом слое.
Для валидации разработанного алгоритма использовались данные судовых измерений показателя Kd и коэффициента яркости моря; специально исследовалось влияние выбора значений наклона спектральной зависимости ag и исключения трех коротковолновых каналов на ошибки восстановления Kd, ag и bbp.
В Карском море удалось провести сравнение значений Kd, рассчитанных по данным сканера MODIS-Aqua и измеренных на трех станциях в сентябре 2013 г. Относительные ошибки находились в пределах 10% для 625 нм, 20% для 555 нм, 30% для 488 нм; при неправильном выборе спектрального наклона ag ошибка для 443 нм могла превышать 50%. Рассмотрена возможность итеративного пересчета спектральных значений в области коротких длин волн с использованием оптимального значения спектрального наклона.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-17-00800), предоставленного через Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН.