Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 4. С. 27-39
Влияние минеральной пыли на качество атмосферной коррекции измерений спутникового оптического радиометра OLCI над Японским морем
А.С. Папкова
1 , П.А. Салюк
2 , Д.М. Шукало
1 1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
2 Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток, Россия
Одобрена к печати: 26.05.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-27-39
Представлен анализ эпизода переноса минеральной пыли над акваторией Японского моря за период 13–21 апреля 2023 г. с точки зрения изменчивости оптических свойств атмосферы и гидрооптических характеристик по спутниковым и натурным данным. При статистической обработке спутниковых данных OLCI (англ. Ocean and Land Colour Instrument) для центральной и северо-восточной части Японского моря видно, что в дни прохождения пылевой бури концентрация хлорофилла а (Chl-a) резко (в 3–4 раза) возрастала до 4,47–5,23 мг•м-3, что является явным следствием ошибки, так как даже если минеральная пыль и влияет на повышение концентрации Chl-a, то данный эффект не может наступать мгновенно. Далее при изучении статистического распределения спектрального коэффициента яркости за исследуемые даты были найдены отрицательные или аномально низкие величины в коротковолновой области спектра, что с большой вероятностью и является причиной ошибки вычисления концентрации Chl-a. При дальнейшем анализе ошибки сравнения результатов атмосферной коррекции было найдено, что ход степенной ошибки атмосферной коррекции по сравнению с ближайшим чистым днём хорошо описывается функцией вида l-5,5, что в дальнейшем может быть использовано в качестве основы для нового регионального алгоритма атмосферной коррекции.
Ключевые слова: минеральная пыль, Японское море, концентрация Chl-a, атмосферная коррекция, спектральный коэффициент яркости моря, OLCI, AERONET
Полный текстСписок литературы:
- Алексанин А. И., Качур В. А. Особенности атмосферной коррекции спутниковых данных цвета океана в Дальневосточном регионе // Исслед. Земли из космоса. 2016. Т. 3. №. 6. С. 56–67. DOI: 10.7868/S020596141605002X.
- Букин О. А., Павлов А. Н., Салюк П. А., Кульчин Ю. Н., Шмирко К. А., Столярчук С. Ю., Бубновский А. Ю. Особенности высотного распределения аэрозоля во время прохождения пылевых бурь над заливом Петра Великого в 2006 г. и их воздействие на фитопланктонные сообщества Японского моря // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 4. С. 341–349.
- Звалинский В. И., Лобанова П. В., Тищенко П. Я. и др. Оценки первичной продукции в северной части Японского моря в различные сезоны по судовым и спутниковым данным // Океанология. 2022. Т. 62. № 5. С. 726–742. DOI: 10.31857/S0030157422050215.
- Навроцкий В. В., Дубина В. А., Павлова Е. П., Храпченков Ф. Ф. Анализ спутниковых наблюдений концентрации хлорофилла в заливе Петра Великого (Японское море) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 1. С. 158–170. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-1-158-170.
- Шибанов Е. Б., Папкова А. С. Особенности работы алгоритмов атмосферной коррекции Ocean Color при расчёте спектрального коэффициента яркости моря для различных состояний атмосферы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 6. С. 9–17. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-6-9-17.
- Штрайхерт Е. А., Захарков С. П., Гордейчук Т. Н., Шамбарова Ю. В. Концентрация хлорофилла-а и био-оптические характеристики в заливе Петра Великого (Японское море) во время зимне-весеннего цветения фитопланктона // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 148–162.
- Cui T., Zhang J., Tang J. et al. Assessment of satellite ocean color products of MERIS, MODIS and SeaWiFS along the East China Coast (in the Yellow Sea and East China Sea) // ISPRS J. Photogrammetry and Remote Sensing. 2014. V. 87. P. 137–151. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2013.10.013.
- DeSouza-Machado S., Strow L., Imbiriba B. et al. Infrared retrievals of dust using AIRS: Comparisons of optical depths and heights derived for a North African dust storm to other collocated EOS A-Train and surface observations // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2010. V. 115. No. D15. Article D15201. DOI: 10.1029/2009JD012842.
- Eck T. F., Holben B. N., Reid J. S. et al. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban, and desert dust aerosols // J. Geophysical Research: Atmospheres. 1999. V. 104. No. D24. P. 31333–31349. DOI: 10.1029/1999JD900923.
- Filonchyk M., Peterson M. P., Zhang L., Yan H. An analysis of air pollution associated with the 2023 sand and dust storms over China: Aerosol properties and PM10 variability // Geoscience Frontiers. 2024. V. 15. No. 2. Article 101762. DOI: 10.1016/j.gsf.2023.101762.
- Fukushima H., Toratani M. Asian dust aerosol: Optical effect on satellite ocean color signal and a scheme of its correction // J. Geophysical Research: Atmospheres. 1997. V. 102. No. D14. P. 17119–17130. DOI: 10.1029/96JD03747.
- Gordon H. R., Wang W. Influence of oceanic whitecaps on atmospheric correction of ocean-color sensors // Applied Optics. 1994. V. 33. P. 7754–7763. DOI: 10.1364/AO.33.007754.
- Hu C., Lee Z., Franz B. Chlorophyll-a algorithms for oligotrophic oceans: A novel approach based on three-band reflectance difference // J. Geophysical Research: Oceans. 2012. V. 117. No. C1. Article C01011. DOI: 10.1029/2011JC007395.
- Kalinskaya D. V., Papkova A. S. Why is it important to consider dust aerosol in the Sevastopol and Black Sea region during remote sensing tasks? A case study // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 8. Article 1890. DOI: 10.3390/rs14081890.
- Li Y., Wang W. Long-range transport of a dust event and impact on marine chlorophyll-a concentration in April 2023 // Remote Sensing. 2024. V. 16. No. 11. Article 1883. DOI: 10.3390/rs16111883.
- Li J., Wong M. S., Shi G. Multi-faceted analysis of dust storm from satellite imagery, ground station, and model simulations, a study in China // Atmospheric Research. 2024. V. 299. Article 107195. DOI: 10.1016/j.atmosres.2023.107195.
- Lipinskaya N. A., Salyuk P. A., Golik I. A. Variations and depth of formation of submesoscale eddy structures in satellite ocean color data in the southwestern region of the Peter the Great Bay // Remote Sensing. 2023. V. 15. No. 23. Article 5600. DOI: 10.3390/rs15235600.
- Ocean and Land Colour Imager (OLCI) Ocean Color Data; 2022 Reprocessing. NASA OB.DAAC. Greenbelt, MD, USA: NASA Goddard Space Flight Center, Ocean Ecology Laboratory, Ocean Biology Processing Group, 2022. DOI: 10.5067/SENTINEL-3A/OLCI/L2/EFR/OC/2022.
- Papkova A. S., Shybanov E. B., Kalinskaya D. V. The Effect of dust aerosol on satellite data from different color scanners // Physical Oceanography. 2024. V. 31. No. 5. P. 720–735.
- Park M.-S., Lee S., Ahn J.-H. et al. Decadal measurements of the first geostationary ocean color satellite (GOCI) compared with MODIS and VIIRS data // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 1. Article 72. DOI: 10.3390/rs14010072.
- Salyuk P., Bukin O., Alexanin A. et al. Optical properties of peter the great bay waters compared with satellite ocean colour data // Intern. J. Remote Sensing. 2010. V. 31. No. 17–18. P. 4651–4664. DOI: 10.1080/01431161.2010.485219.
- Salyuk P. A., Stepochkin I. E., Shmirko K. A., Golik I. A. Using satellite multi-angle polarization measurements to characterize atmospheric aerosol above Bohai Bay // Advances in Space Research. 2024. V. 73. No. 1. P. 514–522. DOI: 10.1016/j.asr.2023.10.007.
- Shanmugam P., Ahn Y.-H. New atmospheric correction technique to retrieve the ocean colour from SeaWiFS imagery in complex coastal waters // J. Optics A: Pure and Applied Optics. 2007. V. 9. No. 5. P. 511–530. DOI: 10.1088/1464-4258/9/5/016.
- Shybanov E. B., Papkova A. S. Algorithm for additional correction of remote sensing reflectance in the presence of absorbing aerosol: Case study // Physical Oceanography. 2022. V. 29. No. 6. P. 688–706. DOI: 10.22449/1573-160X-2022-6-688-706.
- Song H., Zhang K., Piao S., Wan S. Spatial and temporal variations of spring dust emissions in northern China over the last 30 years // Atmospheric Environment. 2016. V. 126. P. 117–127. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.11.052.
- Suetin V. S., Korolev S. N., Suslin V. V., Kucheryavyi A. A. Manifestation of specific features of the optical properties of atmospheric aerosol over the Black Sea in the interpretation of SeaWiFS data // Physical Oceanography. 2004. V. 14. P. 57–65. https://doi.org/10.1023/B:POCE.0000025370.99460.88.
- Wang H., Zhao T., Zhang X., Gong S. Dust direct radiative effects on the earth-atmosphere system over East Asia: Early spring cooling and late spring warming // Chinese Science Bull. 2011. V. 56. No. 10. P. 1020–1030. DOI: 10.1007/s11434-011-4405-3.
- Yu H., Yang Y., Wang H. et al. Interannual variability and trends of combustion aerosol and dust in major continental outflows revealed by MODIS retrievals and CAM5 simulations during 2003–2017 // Atmospheric Chemistry and Physics. 2020. V. 20. P. 139–161. DOI: 10.5194/acp-20-139-2020.
- Zhang X., Zhou Y. Aerosol direct radiative forcing over China: A 40-year MERRA-2-based evaluation // Atmospheric Environment. 2023. V. 299. Article 119659. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2023.119659.