Ученые Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН и МФТИ провели судовые изменения оптических характеристик поверхностного слоя морской воды, а также ее температуры и сравнили их со спутниковыми данными, определив величину ошибки определения температуры, в том числе связанную с дневным прогревом. На основании полученных результатов они рассчитали формулу для корректировки данных. Использование этой формулы позволит получать существенно более точные карты пространственного распределения температуры поверхности моря. Результаты опубликованы в трудах конференции с международным участием «Современные проблемы оптики естественных вод».
В работе использованы результаты судовых измерений гидрооптических и гидрологических характеристик, выполненных в ходе экспедиции на МНИС «Ашамба» 10 июня 2022 года в северо-восточной части Черного моря. Они применялись для корректировки данных о температуре поверхности моря спутника Landsat 9.
«Данная работа положила начало исследованию вертикального профиля прогрева вод Черного моря, когда мы уже по имеющимся контактным измерениям температуры поверхности воды строим модель прогрева водной толщи. Безусловно, есть спутники, определяющие температуру поверхности моря с меньшими ошибками. Но нами был выбран Landsat 9 из-за его новизны (запуск 2021 г.) и высокого пространственного разрешения — 100 м», — прокомментировала Евгения Аглова, первый автор, младший научный сотрудник лаборатории оптики океана Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Гидрооптическое оборудование на палубе МНИС «Ашамба». Фото Евгении Агловой
«Кокколитофориды — это вид фитопланктона, клетки которого состоят из кальцита. Они имеют диаметр всего 8–10 микрометров. Одна из особенностей, делающих его интересным для гидрооптических исследований, — сильное светорассеяние. Кальцит — это мел, он белый и не поглощает свет, при этом во время цветения кокколитофорид его концентрация в океане достаточно высока. В итоге они настолько сильно рассеивают свет, что это заметно даже с самолета. Например, когда заходишь на посадку во время сильного цветения в первой половине июня, вода приобретает бирюзовый цвет, и это заслуга нашего планктона. При этом он сильно увеличивает альбедо моря, то есть его отражательную способность. Влияние этого процесса на температуру мы и исследовали в 2022 году, когда концентрация кокколитофорид в одном литре воды превышала 13 млн клеток, в то время как за критерий цветения принято считать концентрацию в 1 млн», — рассказывает Дмитрий Глуховец, руководитель лаборатории оптики океана Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, доцент кафедры термогидромеханики МФТИ.
Бирюзовый цвет воды Черного моря вследствие кокколитофоридного цветения. Фото Евгении Агловой
Во время экспедиции ученые на ходу судна закачивали насосом морскую воду с глубины 1 метр и пропускали через измерительные приборы, определяя температуру, соленость, интенсивность флуоресценции и показатель ослабления, который характеризует влияние кокколитофорид на оптические характеристики морской воды.
«В это время мы также провели эксперимент, который занял почти полный световой день. Выйдя из голубой бухты Геленджика, мы провели измерения в прибрежной части Черного моря. Выполнили серию разрезов, что позволило получить пространственное распределение различных параметров вдоль маршрута движения судна. После этого мы сосредоточились на исследовании влияния фитопланктона на температуру приповерхностного слоя морской воды. Полученные данные позволили нам провести сравнительный анализ с данными спутника Landsat 9, которые позволяют оценивать значения температуры воды, но уже из космоса, что помогает существенно расширить площадь исследуемой акватории», — дополняет Дмитрий Глуховец.
В итоге данные спутника оказались существенно ниже значений непосредственных замеров в морской воде. Температура судовых замеров в ходе движения составляла 20–23 градуса, а по данным спутника — 16–17. Спутник над этой территорией пролетел около 10 утра.
«Вода прогревается в течение дня. То есть для сравнения судовых и спутниковых данных необходимо учитывать этот фактор. Соответственно, для того чтобы привести данные к времени пролета спутника, мы вычитаем или прибавляем величину дневного прогрева, и получаются ряды, которые уже можно сравнивать. В итоге мы получили формулу, позволяющую уточнять данные спутника, что позволяет более точно определить температуру в тот день», — заключает Дмитрий Глуховец.
Рассчитанная величина дневного прогрева 10-сантиметрового слоя морской воды на глубине 1 м с 5:40 до 13:10 равна ∆T= 0,75°C. Это значение в целом соответствует разности температур, полученных по данным проточного измерительного комплекса и по спутниковым данным. Расхождения могут быть связаны с течениями, а также более интенсивным прогревом прибрежных вод с меньшей концентрацией кокколитофорид.
Дельфины под носом МНИС «Ашамба». Фото Евгении Агловой
Важно отметить, что значения Landsat 9 на 6–7° ниже измеренных с борта судна. Это связано с тем, что установленный на этом спутнике ИК-радиометр определяет радиояркостную температуру слоя атмосферы и нижележащей поверхности, а не реальную термодинамическую температуру воды.
Экран ноутбука с выведенными на него координатами судна и данными измерений прозрачномера в режиме реального времени. Фото Евгении Агловой
Полученные результаты позволили улучшить соответствие данных о температуре поверхности моря, полученных с помощью спутника Landsat 9, с результатами контактных измерений.
