Спектральный коэффициент яркости в Баренцевом море: судовые измерения, спутниковые данные и моделирование

Авторы
Дерягин Д.Н. (1,2), Глуховец Д.И. (1,2)
Организации
(1) Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
(2) Институт океанологии имени П. П. Ширшова Российской академии наук
Сессия
Дистанционное зондирование Земли
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии имени П. П. Ширшова Российской академии наук
Научный руководитель
Глуховец Дмитрий Ильич
Текст тезисов
Спектральный коэффициент яркости моря Rrs рассчитывается как отношение спектральной яркости выходящего из водной толщи излучения непосредственно под поверхностью моря к спектральной облученности излучения, падающего на поверхность. Регулярные измерения величин Rrs для всей акватории Мирового океана выполняются спутниковыми сканерами цвета. Эта величина несет информацию о пространственной и временной изменчивости биооптических характеристик поверхностного слоя моря.
Моделирование спектров коэффициента яркости моря проводилось при помощи программного обеспечения HYDROLIGHT, с использованием данных судовых измерений биооптических характеристик поверхностного слоя морской воды и дальнейшее сравнение результатов моделирования с подспутниковыми измерениями Rrs с борта судна, а также спутниковыми данными OLCI и MODIS. Для работы была выбрана станция 7013 в Баренцевом море, измерения на которой произведены в первом этапе 83-го рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» в июне 2021 года. Для измерения величин Rrs использовался палубный спектрофотометр ASD HandHeld. Значения показателя поглощения взвешенными частицами ap(λ) измерены спектрофотометром с интегрирующей сферой ICAM. Прямые измерения концентрации хлорофилла (Хл) выполнялись экстракционным методом.
Моделирование проводилось в предположении о первом типе исследуемых вод, что позволяет параметризовать значения первичных гидрооптических характеристик через концентрацию Хл. В этом случае полученный в результате моделирования спектр Rrs в сравнении с измеренным спектром имеет высокий коэффициент детерминации R2 = 0,97, но в то же время достаточно большую относительную ошибку - 35%. Использование спектральных величин удельного показателя поглощения a*(λ), которое определяется как отношение ap(λ) к концентрации Хл, позволяет значительно улучшить результаты моделирования - R2 = 0,97, относительная ошибка 11%. Полученное улучшение связано с учётом вклада взвешенных частиц. Проведена проверка результатов модельных расчетов с использованием метода дискретных ординат (DISORT). Эти расчеты выполнены по измеренным спектрам Rrs и показателя поглощения, а также вертикальным профилям показателя ослабления света морской водой. В результате получены значения показателя рассеяния и индикатрисы, что позволило задать отношение спектральных величин bb/b при моделировании в HYDROLIGHT. В этом случае R2=0,99, при относительной ошибке 5%. Сравнение результатов моделирования и спутниковых данных OLCI и MODIS демонстрирует хорошее соответствие при использовании a*(λ): R2 = 0,96 и 0,95 с относительными ошибками 7% и 13%.
В результате показано, что учет величин удельного показателя поглощения при моделировании спектрального коэффициента яркости моря позволяет существенно повысить точность расчетов в водах первого типа.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ (проект № 21-77-10059). Грант предоставлен через ИО РАН. Авторы выражают благодарность П.А. Салюку, Е.А. Агловой, С.В. Шеберстову, А.В.Юшмановой и И.В. Салинг за предоставленные данные.