Оценка трехмерного распределения взвешенного вещества в водах северной части Каспийского моря

Построение трехмерного распределения взвешенного вещества в морях России и других регионах – одна из интересных и важных задач биогеоокеанологии, возможность решения которой основана на совместном использовании спутниковых и судовых данных. Спутниковые данные позволяют оценить пространственное распределение в подповерхностном слое на всей исследуемой акватории, судовые – вертикальную структуру распределения взвешенного вещества в ключевых «реперных» точках. Первое и главное условие реализации этой возможности – приемлемая стыковка данных по концентрации взвеси, полученных по спутниковым и судовым измерениям. В данной работе исследуется выполнение этого условия для северной части Каспийского моря.
Для решения поставленной задачи были использованы спутниковые данные второго уровня сканера цвета MODIS-Aqua (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) и данные натурных измерений экспедиций НИС «Рифт» 2003, 2004, 2008 и 2012 гг.
Региональный спутниковый алгоритм разрабатывался на основе данных одновременных измерений спектральной яркости морской воды посредством плавающего спектрорадиометра и прямых определений концентрации взвеси на 31 станции в экспедициях 2003, 2004 и 2008 гг. По измеренным спектрам коэффициента яркости вычислялся показатель рассеяния назад взвешенными частицами bbp; затем рассчитывалось уравнение регрессии, связывающее концентрацию взвешенного вещества TSM (Total Suspended Matter) и значения показателя bbp. Коэффициент детерминации оказался достаточно высоким R2 = 0.84, ошибка уравнения регрессии равна 0.21 мг/л.
Для оценки вертикального распределения концентрации взвеси использовались данные измерений показателя ослабления света с. Алгоритм был выведен по данным одновременно измеренных концентраций взвешенного вещества и показателя ослабления с для 32 станций на разных глубинах (2003, 2004, 2008 и 2012 гг.). Для расчета использовались 132 пары данных, коэффициент детерминации между TSM и c равен 0.88, ошибка регрессии составляет 0.14 мг/л.
Для проверки совместимости полученных данных сравнивались значения концентрации взвешенного вещества, рассчитанные по спутниковым данным (TSM_bbp) и через показатель ослабления света в приповерхностном слое 0-3 м (TSM_с); были отобраны 30 пар данных.
Коэффициент детерминации (r2) оказался равным 0.58. Средние значения были близки: 2.1 мг/л для величин TSM, рассчитанных через значения показателя ослабления света, и 1.9 мг/л для TSM, рассчитанных через спутниковые данные. Ошибка регрессии равна 0.35 мг/л. Стандартное отклонение данных, полученных с помощью in situ измерений было выше, чем для спутниковых: 2.3 и 1.7 мг/л соответственно.
В целом, результаты расчета можно считать адекватными друг другу. Полученные результаты открывают перспективу построения 3-D распределения взвешенного вещества в акватории с помощью совместного использования спутниковых данных и измеренных in situ.