Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 87-97
Алгоритмы оценки концентрации хлорофилла а в море Лаптевых по данным спутниковых сканеров цвета
С.В. Вазюля
1 , Е.А. Аглова
1, 2 , И.В. Салинг
1 , А.Б. Демидов
1 , Д.И. Глуховец
1, 2 1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
2 Московский физико-технический институт (НИУ), Долгопрудный, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 02.07.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-87-97
В морях, подверженных влиянию речного стока, применение региональных алгоритмов позволяет существенно улучшить точность оценок концентрации хлорофилла а по данным дистанционного зондирования. В работе представлены региональные алгоритмы оценки концентрации хлорофилла а в море Лаптевых по данным спутниковых сканеров цвета MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) и VIIRS (англ. Visible Infrared Imaging Radiometer Suite). Алгоритмы созданы на базе натурных измерений в 2015, 2017 и 2018 гг. Анализ параметров точности расчётной формулы позволил выбрать спектральные каналы для вычисления индекса цвета и критерии отбора спутниковых данных для определения коэффициентов формулы. Показано, что отсутствие отрицательных значений коэффициента яркости моря для любого спектрального канала в видимом диапазоне является маркером хорошего качества спутниковых данных. Точность представленных алгоритмов составила 30 % для вод с концентрацией хлорофилла а в диапазоне 0,1–1,5 мг·м-3. Для дополнительной валидации полученных алгоритмов использовались данные измерений проточного флуориметра, выполненные как вблизи дельты Лены, так и в малопродуктивных водах. При калибровке данных флуориметрических измерений применялись уравнения множественной линейной регрессии. Это позволило учесть вклад флуоресценции окрашенного растворённого органического вещества в водах, подверженных сильному влиянию речного стока. Средняя относительная ошибка оценок концентрации хлорофилла а по спутниковым данным для районов проведения измерений проточным комплексом была менее 25 %.
Ключевые слова: региональный алгоритм, концентрация хлорофилла а, индекс цвета, MODIS, VIIRS, море Лаптевых, речной сток
Полный текстСписок литературы:
- Вазюля С. В., Салинг И. В., Демидов А. Б., Глуховец Д. И. Региональный алгоритм оценки концентрации хлорофилла в море Лаптевых по данным MODIS // Международ. симп. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы»: сб. ст. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2024. С. C1–C4.
- Ветров А. А., Романкевич Е. А., Беляев Н. А. Хлорофилл, первичная продукция, потоки и баланс органического углерода в море Лаптевых // Геохимия. 2008. № 10. С. 1122–1130.
- Глуховец Д. И., Артемьев В. А. Спутниковые наблюдения распространения речного стока в море Лаптевых // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 1. С. 175–184. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-1-175-184.
- Гольдин Ю. А., Глуховец Д. И., Гуреев Б. А. и др. Судовой проточный комплекс для измерения биооптических и гидрологических характеристик морской воды // Океанология. 2020. Т. 60. № 5. С. 814–822. DOI: 10.31857/S0030157420040103.
- Демидов А. Б., Шеберстов С. В., Гагарин В. И. (2019а) Сезонная изменчивость и оценка годовой величины первичной продукции фитопланктона в море Лаптевых по данным сканера MODIS-AQUA // Исслед. Земли из космоса. 2019. № 6. С. 48–65.
- Демидов А. Б., Гагарин В. И., Арашкевич Е. Г. и др. (2019б) Пространственная изменчивость первичной продукции и хлорофилла в море Лаптевых в августе – сентябре // Океанология. 2019. Т. 59. № 5. С. 755–770. DOI: 10.31857/S0030-1574595755-770.
- Демидов А. Б., Гагарин В. И., Артемьев В. А. и др. Вертикальная изменчивость первичной продукции и характеристики подповерхностного хлорофильного максимума в море Лаптевых в августе – сентябре 2015, 2017 и 2018 гг. // Океанология. 2020. Т. 60. № 2. С. 216–232. DOI: 10.31857/S0030157420010062.
- Кузнецова О. А., Копелевич О. В., Шеберстов С. В. и др. Оценка концентрации хлорофилла в Карском море по данным спутникового сканера MODIS-Aqua // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 5. С. 21–31. DOI: 10.7868/S0205961413050023.
- Флинт М. В., Поярков С. Г., Римский-Корсаков Н. А. Экосистемы Российской Арктики-2015 (63-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 499–501. DOI: 10.7868/S0030157416030060.
- Флинт М. В., Поярков С. Г., Римский-Корсаков Н. А. Экосистемы морей сибирской Арктики — 2017 (69-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2018. Т. 58. № 2. С. 331–333. DOI: 10.7868/S0030157418020168.
- Флинт М. В., Поярков С. Г., Римский-Корсаков Н. А., Мирошников А. Ю. Экосистемы морей сибирской Арктики — 2018 (72-й рейс научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш») // Океанология. 2019. Т. 59. № 3. С. 506–509. DOI: 10.31857/S0030-1574593506-509.
- Шеберстов С. В. Система пакетной обработки океанологических спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 6. С. 154–161.
- Bienhold C., Schourup-Kristensen V., Krumpen T. et al. Effects of sea ice retreat and ocean warming on the Laptev Sea continental slope ecosystem (1993 vs 2012) // Frontiers in Marine Science. 2022. V. 9. Article 1004959. DOI: 10.3389/fmars.2022.1004959.
- Gonçalves-Araujo R., Rabe B., Peeken I., Bracher A. High colored dissolved organic matter (CDOM) absorption in surface waters of the central-eastern Arctic Ocean: Implications for biogeochemistry and ocean color algorithms // PLoS ONE. 2018. V. 13. Iss. 1. Article e0190838. DOI: 10.1371/journal.pone.0190838.
- Heim B., Abramova E., Doerffer R. et al. Ocean colour remote sensing in the Southern Laptev Sea: evaluation and applications // Biogeosciences. 2014. V. 11. Iss. 15. P. 4191–4210. DOI: 10.5194/bg-11-4191-2014.
- Holm-Hansen O., Riemann B. Chlorophyll a determination: improvements in methodology // Oikos. 1978. V. 30. No. 3. P. 438–447. DOI: 10.2307/3543338.
- Holm-Hansen O., Lorenzen C. J., Holmes R. W., Strickland J. D. H. Fluorometric determination of chlorophyll // J. du Conseil. 1965. V. 30. Iss. 1. P. 3–15. DOI: 10.1093/icesjms/30.1.3.
- Kostianoy A. G., Lavrova O. Y., Strochkov A. Y. Satellite instrumentation and technique for monitoring of seawater quality // Instrumentation and Measurement Technologies for Water Cycle Management. Berlin: Springer, 2022. Р. 79–109. DOI: 10.1007/978-3-031-08262-7_5.
- Li J., Matsuoka A., Pang X. et al. Performance of algorithms for retrieving chlorophyll a concentrations in the Arctic Ocean: Impact on primary production estimates // Remote Sensing. 2024. V. 16. Iss. 5. Article 892. DOI: 10.3390/rs16050892.
- Mograne M. A., Jamet C., Loisel H. et al. Evaluation of five atmospheric correction algorithms over French optically-complex waters for the Sentinel-3A OLCI ocean color sensor // Remote Sensing. 2019. V. 11. Iss. 6. Article 668. DOI: 10.3390/rs11060668.
- Siegel D. A., DeVries T., Cetinic I., Bisson K. M. Quantifying the ocean’s biological pump and its carbon cycle impacts on global scales // Annual Review of Marine Science. 2023. V. 15. P. 329–356. DOI: 10.1146/annurev-marine-040722-115226.
- Vazyulya S. V., Sahling I. V., Glukhovets D. I., Demidov A. B. Regional algorithms for chlorophyll concentration estimation in the Kara Sea from MODIS ocean color data // Atmospheric and Oceanic Optics. 2024. V. 37. P. S135–S143. DOI: 10.1134/S1024856024701641.