Наземная солнечная фотометрия является одним из основных методов дистанционного зондирования, который наряду со спутниковым дистанционным зондированием используется учеными для определения состава газов и аэрозолей в атмосфере. Атмосферная коррекция спутниковых оптических данных основана на оценке оптических характеристик атмосферы, таких как аэрозольная оптическая толщина атмосферы и спектральный наклон ее распределения, так называемый параметр Ангстрема. Неточное определение этих параметров является одной из причин ошибок при получении спектров восходящей яркости, полученных методами дистанционного зондирования.
Сотрудники отдела оптики и биофизики моря МГИ (старший научный сотрудник Елена Корчемкина и младший научный сотрудник Дарья Калинская) провели исследование, показавшее численные различия между атмосферными параметрами, измеренными с уровня поверхности моря и результатами, полученными с помощью спутника. Опираясь на показатели прямых измерений прозрачности атмосферы, они установили связь между выявленными ошибками и предложили метод компенсации этих ошибок. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Remote Sensing.
Авторы статьи обработали большой массив полевых данных, собранных в северо-восточной части Черного моря весной 2019 и 2021 годов во время двух исследовательских рейсов НИС «Профессор Водяницкий». Также в исследование были включены измерения, которые проводились в течение марта-апреля 2019 года и июня-июля 2021 года с океанографической платформы Черноморского гидрофизического подспутникового полигона МГИ (пос. Кацивели) и с небольших судов в прибрежной зоне. Измерения прозрачности атмосферы проводились солнечным фотометром SPM, а коэффициент яркости ученые определяли с помощью специализированного спектрофотометра, разработанного в отделе оптики и биофизики моря Морского гидрофизического института.
В процессе исследования сопоставление результатов наземных измерений оптических характеристик атмосферы и продуктов инверсии спутниковых данных показало, что параметр Ангстрема, полученный в результате спутниковых измерений, завышен примерно на 50% как для прибрежных, так и для глубоководных станций. В то же время, сравнив натурные и спутниковые измерения коэффициента яркости моря, ученые выяснили, что ошибки в определении этого параметра преобладают в прибрежной зоне.
«Предложенный нами способ дополнительной коррекции спутниковых данных основан на модельном описании оптических свойств вод Черного моря и не требует сопутствующих натурных измерений. Этот алгоритм дает возможность значительно снизить погрешность спутниковых данных, особенно в коротковолновых диапазонах, и более точно рассчитать первичные гидрооптические характеристики, такие как концентрация хлорофилла-а и т.д. Наш метод уже неоднократно применялся в работах, которые проводятся сотрудниками отдела оптики в акваториях Черного и Азовского морей. В дальнейшем мы планируем использовать его для исследования других водоемов», – пояснила автор статьи Елена Корчемкина.
Исследование проводилось в рамках темы госзадания «Оперативная океанология» и гранта РФФИ «Изучение процессов и факторов формирования загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами в г. Севастополе».