Коэффициент яркости моря является одной из самых информативных гидрооптических характеристик для океанологов, изучающих морские процессы по спутниковым оптическим данным. Этот параметр необходим для понимания биогеохимических процессов, происходящих в поверхностном слое моря, таких как создание первичной продукции, действие «биологического углеродного насоса», реакции морской экосистемы на климатические изменения. В отличие от абсолютной яркости восходящего излучения, коэффициент яркости моря слабо зависит от условий внешнего освещения и почти целиком определяется взвешенными частицами и растворёнными веществами, содержащимися в морской воде. Дистанционные оптические методы позволяют оперативно и регулярно оценивать биологическую продуктивность и содержание примесей в поверхностных водах морей и океанов. Но, некорректный учет атмосферной составляющей (наличие пыли, продуктов горения биомассы, промышленных выбросов и т. д.) может исказить величины восстановленных по спутниковым снимкам значений коэффициентов яркости и привести к большим ошибкам в расчетах (например, в определении концентраций хлорофилла).
Чтобы доказать важность учета пылевого аэрозоля при решении задач дистанционного зондирования младшие научные сотрудники отдела оптики и биофизики моря Морского гидрофизического института РАН Дарья Калинская и Анна Папкова провели исследование на примере Севастополя и Черноморского региона. Результаты этой работы опубликованы в журнале Remote Sensing.
«В нашем исследовании были приведены результаты анализа данных с 2017 по 2022 год, а если точнее, за этот период были отобраны события наиболее интенсивных пылевых переносов из пустыни Сахара. В эти дни спутниковые данные гидрооптических характеристик отсутствовали, несмотря на безоблачное небо. Основной причиной этому является пылевой шлейф, который спутниковые алгоритмы ошибочно принимают за облачность. В работе мы использовали 2 типа данных: натурные и спутниковые. Спутниковые – это данные Terra (EOS AM) и Aqua (EOS PM), а в качестве натурных данных были проанализированы результаты измерений двух фотометров: CIMEL-318 для двух прибрежных станций AERONET, расположенных на западе Черного моря (Румыния и Болгария), а также данные фотометра SPM, полученные в Севастополе. Кроме того, для определения концентрации пылевого аэрозоля были проанализированы данные анализатора пыли АТМАС», – пояснила автор статьи Дарья Калинская.
За период исследования учеными было рассмотрено три эпизода переноса сахарской пыли над Черноморским регионом, в основном в осенне-зимний период. Авторы статьи показали численные различия между атмосферными параметрами, измеренными на уровне поверхности моря и характеристиками, полученными методами дистанционного зондирования (с помощью спутников). На основе полученной информации ученые предложили алгоритм дополнительной коррекции спутниковых данных, позволяющий значительно уменьшить расхождение между данными дистанционного зондирования и натурными измерениями.
Работа проводилась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проектов «Получение и обработка фотометрических данных и данных моделирования обратных траекторий», «Обработка спутниковых данных», а также при поддержке Минобрнауки России в рамках тем Государственного задания Морского гидрофизического института РАН.
Ученые Морского гидфрофизического института РАН выражают благодарность сотрудникам Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН: доктору физ.-мат. наук С.М. Сакерину и кандидату физ.-мат. наук Д.М. Кабанову за предоставление фотометра SPM и программного обеспечения к нему.