Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 1. С. 159-174
Коротковолновые минимумы коэффициентов яркости водной поверхности как спутниковый показатель «цветений» Nodularia spumigena на юге Каспийского моря
Г.С. Карабашев
1 , М.А. Евдошенко
1 1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 12.12.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-1-159-174
На примере цветений цианобактерий 2005 и 2010 гг. в Каспийском море уточняются возможности дистанционной индикации подобных событий по дефициту восходящей яркости водной поверхности. Он обусловлен коротковолновыми максимумами поглощения света хлорофиллом и дополнительными пигментами. Мерой дефицита служат индексы хлорофилла D1 = Rrs(443) – Rrs(412) и дополнительных пигментов D2 = Rrs(488) – Rrs(469), где Rrs – оценки коэффициентов яркости сканером MODIS на длинах волн 412, 443, 469 и 488 нм. В условиях цветения D1и D2 принимают отрицательные значения. Указанные цветения наилучшим образом соответствуют замыслу работы, поскольку они эволюционировали на фоне мезомасштабного вихря на акватории, свободной от влияния внешних источников оптически-значимых примесей. Определяя концентрацию хлорофилла a chlLOO по MODIS-снимкам цветения с помощью регионального алгоритма (Копелевич и др., 2013), мы установили, что индекс D1, рассчитанный по тем же снимкам, связан сильной обратной линейной связью с содержанием этого пигмента в диапазоне от 0,5 до 5–6 мг м-3. Сравнение временного хода встречаемости индексов D1< 0 и D2 < 0 на фиксированном участке цветения за периоды с января 2004 и 2009 гг. по декабрь 2005 и 2010 гг. показало, что они практически отсутствовали весной и ранним летом, заполняя участок в годы цветения в августе–октябре. При этом рост числа пикселей с D2 < 0 начинался раньше роста населения пикселей с D1 < 0. Подобная последовательность наблюдалась и в период цветения цианобактерий в 2005 г. в Балтийском море. Как показало сравнение распределений оценок коэффициента яркости Rrs(555), концентрации хлорофилла a chl_a по стандартному алгоритму MODIS, хлорофилла chlLOO по региональному алгоритму и концентрации хлорофилла chlD1, найденной по линейной регрессии D1 на chlLOO, распределение chlD1 не реагировало на прибрежный максимум мутности в отличие от первых трех характеристик. В целом, наши результаты подтверждают целесообразность разработки спектрально-разностного алгоритма определения хлорофилла по данным сканеров цвета океана в зонах цветения водорослей, поскольку разностный сигнал в меньшей степени зависит от факторов, не связанных с пигментами растительного происхождения.
Ключевые слова: цветение цианобактерий, Каспийское море, хлорофилл, дополнительные пигменты, алгоритмы дистанционного определения хлорофилла, сканер MODIS
Полный текстСписок литературы:
- Карабашев Г.С., Евдошенко М.А. Спектральные признаки цветения цианобактерий в Балтийском море по данным сканера MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 3. С. 158–170.
- Шеберстов С.В. Система пакетной обработки океанологических спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 154–161.
- Bagheri S.I., Mansor M., Turkoglu M., Makaremi M., Omar W.M.W., Negarestan H. Phytoplankton Species Composition and Abundance in the Southwestern Caspian Sea // Ekoloji 21. 2012. Vol. 83. P. 32–43. DOI: 10.5053/ekoloji.2012.834.
- Blondeau-Patissier D., Gower J. F.R., Dekker A.G., Phinn S.R., Brando V.E. A review of ocean color remote sensing methods and statistical techniques for the detection, mapping, and analysis of phytoplankton blooms in coastal and open oceans // Progress in Oceanography. 2014. Vol. 123. P. 123–144.
- Karabashev G.S., Evdoshenko M.A. Influence of the wind field on the radiance of a marine shallow: evidence from the Caspian Sea // Oceanologia. 2012. Vol. 54. No. 4. P. 1–19. DOI: 10.5697/oc.54-4.x .
- Karabashev G.S., Evdoshenko M.A. On spectral indications of cyanobacterial blooms at ecologically different marine aquatic areas from satellite data // Proceedings of 8th International Conference “Current Problems in the Optics of Natural Waters”. St. Petersburg. 2015. P. 171–176.
- Karabashev G.S., Evdoshenko M.A. Narrowband shortwave minima in spectra of backscattered light from the sea obtained from ocean color scanners as a remote indication of algal blooms // Oceanologia. 2016. Vol. 58. No. 5. P. 279–291. URL: http://dx.doi.Org/10.1016/j.oceano.2016.05.001.
- Kopelevich O.V., Sheberstov S.V., Sahling I.V., Vazyulya S.V., Burenkov V.I. Bio-optical characteristics of the Barents, White, Black, and Caspian Seas from data of satellite ocean color scanners. 2013. URL: http://optics.ocean.ru.
- Kutser T. Quantitative detection of chlorophyll in cyanobacterial blooms by satellite remote sensing // Limnology and Oceanography. 2004. Vol. 49. P. 2179–2189.
- Mahiny S.A., Fendereski F., Hosseini S.A., Fazli H. A MODIS-based estimation of chlorophyll a concentration using ANN model and in-situ measurements in the southern Caspian Sea // Indian Journal of Geo-Marine Sciences. 2013. Vol. 42. No. 7. P. 924–928.
- Moradi M. Comparison of the efficacy of MODIS and MERIS data for detecting cyanobacterial blooms in the southern Caspian Sea // Marine Pollution Bulletin. 2014. Vol. 87. P. 311–322. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2014.06.053.
- Nasrollahzadeh H.S., Makhlough A., Pourgholam R., Vahedi F., Qanqermeh A., Foong S.Y. The study of Nodularia Spumigena bloom event in the southern Caspian Sea // Applied ecology and environmental research. 2011. Vol. 9. No. 2. P. 141–155.
- Poutanen E.-L., Nikkilä K. Carotenoid pigments as tracers of Cyanobacterial blooms in recent and post-glacial sediments of the Baltic Sea // AMBIO: A Journal of the Human Environment. 2001. Vol. 30. No 4. P. 179–183. URL: http://dx.doi.org/10.1579/0044-7447-30.4.179.
- Soloviev D. Identification of the extent and causes of cyanobacterial bloom in September-October 2005 and development of the capacity for observation and prediction of HAB in the Southern Caspian Sea using Remote Sensing Technique. 2005. URL: http://caspian.iwlearn.org/caspian-1/anomalous-algal-bloom/documents_and_pics/HABrepFinalFull_corrected_compressed_pictures.doc/view.
- Wozniak B., Dera J. Light Absorption in Sea Water. New York: Springer Science + Business Media. 2007. 463 p.