ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОМ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
551.521
ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОКАЗАТЕЛЕМ
БИОРЕСУРСОВ МОРСКИХ ВОД
© 2008 г. Б. М. Азизов*, Ш. А. Ахмедов**, Ф. А. Мирзоев****
Азербайджанский технический университет, Баку **Национальная академия авиации, Баку ***Национальное аэрокосмическое агенство, Институт экологии, Баку ***Тел.: (99412) 422-58-39; (99450) 627-55-43; e-mail: naughtygirl_89@mail.ru Поступила в редакцию 12.12.2007 г.
Проанализирован характер распределения спектрально-яркостного поля западного побережья Каспийского моря по данным контактных и дистанционных наблюдений и его влияние на формирование биоресурсов акватории.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 4, с. 77-80
УДК
ВВЕДЕНИЕ
Сохранение и рациональное использование ресурсов Каспийского моря требуют организации и постоянного наблюдения за его состоянием. Сочетание контактных и дистанционных наблюдений позволяет получить реальную картину пространственно-временной изменчивости наиболее важных параметров, отражающих состояние экосистем Каспийского моря [1—3].
Изменчивость спектрально-яркостных полей, регистрируемая на поверхности моря, чаще всего может быть связана с перераспределением растворенных взвешенных веществ, питательных элементов и различных загрязнений [3, 4]. Традиционные контактные измерения на долговременных буйковых станциях весьма информативны в отношении временной изменчивости, но не позволяют достаточно точно описать пространственную структуру поля измеряемых параметров и ее влияние на биоресурсы. Существенную помощь в наблюдениях динамических явлений уже достаточно длительное время оказывают систематические спутниковые съемки в видимом и инфракрасном диапазонах спектра.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Для слежения за термогидродинамическими процессами, с целью дальнейшего уточнения связей между распределением гидрологических, биологических параметров, полей температуры и яркостью водной среды, нами были использованы спутниковые данные. Во время эксперимента использовалась информация со спутника США серии МОАА (МОАА-12), передаваемая ИК-ра-диометром высокого разрешения (АУИЯЯ). По-
лучаемая информация, как результат тематической обработки, представляет собой данные концентраций неорганической взвеси в водной среде. Известно, что фитопланктон обладает более высокой отражательной способностью в области 0.58 мкм, по сравнению с областью 0.68 мкм, так как содержащийся в нем хлорофилл и другие родственные соединения имеют несколько максимумов поглощения солнечной энергии в этом диапазоне длин волн [5, 6]. В среднем для района эксперимента концентрация хлорофилла в поверхностном слое акватории довольно высока (~1.8—2 мкг/л), и поэтому значения относительной прозрачности, зависящей от концентрации фитопланктона, достоверно определяются для последнего по данным космической съемки на длине волны 0.58 мкм, а концентрации неорганической взвеси — на длине волны 0.68 мкм спектра.
Изменения спектральной яркости (Ях) водной среды можно считать обусловленными распределением концентрации фитопланктона, неорганической взвеси и других элементов.
Прежде чем приступить к изложению описания влияния концентрации фитопланктона на значения Яъ вкратце дадим описание особенностей каспийского фитопланктона. Известно, что фитопланктон — основа рыбных богатств. Кроме того, им питается большинство обитателей моря — от невидимых невооруженным глазом одноклеточных до крупных беспозвоночных животных [8, 9].
Полигонные морские измерения выполнялись одновременно на двух судах "Бакуви" и "Академик Миргасымов" научными группами сотрудников АНАКА. Эксперимент проводился в южной и северной частях Апшеронского полуостро-
78
АЗИЗОВ и др.
X
^отн. пр. 12
10
8
6
4
2
80
82
84
86
88
90 Л
Рис. 1. Зависимость между значениями относительной прозрачности водной среды Хотн ^ и ее спектральной яркости Я^ в диапазоне волн 0.58 — 0.68 мкм.
ва в радиусе 25 км. Так, в прибрежной области полигона зафиксировано понижение температуры с 21.5° до 20.4°С на расстоянии около 10 км. Глубина моря в районе полигона находились в пределах 8—25 м, грунт дна состоял в основном из желто-серого песка. Распределение относительной прозрачности в пределах исследуемой площади не оказалось связанным с глубиной. Так, например, ее значения в 5—7 м зафиксированы неоднократно и при глубинах 12, 16 и 25 м. Распределение спектральной яркости Я водной среды, измеренной с МОЛЛ-12, также непосредственно связаны с биометрическими характеристиками. Расчеты по известной методике [3] показывают, что интенсивность светового потока, отраженного от дна, была очень незначительна и в среднем составляла 0.1—0.15% от суммарного потока, восходящего от водной поверхности. Поэтому изменение Ях водной среды можно считать связанным с распределением концентрацией фитопланктона, неорганической взвеси и других элементов. С другой стороны, при проведении судовых измерений высота волн на превышало 0.4—0.6 м, поэтому не происходило вертикального перемещения вод.
При сопоставлении относительных значений спектральной яркости водной среды с соответствующими величинами относительно прозрачности Хотнпр. получена зависимость, представленная на рис. 1. При этом значение коэффициента корреляции в спектральном диапазоне 0.58— 0.68 мкм составило 0.78.
Результаты анализа показали, что яркость изображения водной среды в спектральном диапазоне 0.58—0.68 мкм лучше коррелирует с распределением относительной прозрачности. Известно, что фитопланктон обладает более высокой отражательной способностью в зеленой области спектра (0.5—0.6 мкм), который соответствует используемому спектральному диапазону
МОЛЛ-12. В среднем для района эксперимента концентрация хлорофилла в поверхностном слое довольно велика (2.1—2.4 мкг/л), поэтому значения относительной прозрачности, зависящие в основном от концентрации фитопланктона, более достоверно определяются по данным космической съемки на длине волны 0.58 мкм, а концентрации неорганической взвеси — на длине волны 0.68 мкм.
Фитопланктон Каспийского моря, в отличие от фитопланктона других морей с нормальной соленостью, беден морскими видами, где преобладают солоноватые виды. Причиной этого является понижение солености его вод. Интенсивность развития фитопланктона зависит не только от степени освещенности, но и от количества питательных веществ, растворенных в воде. Биомасса фитопланктона на исследуемой акватории составляет 30—50 мкг/м3 [10].
Поиск связей между Ях водной среды и концентрацией фитопланктона (тф) осуществлялся многими исследователями, однако большинство результатов получено по данным самолетных или вертолетных измерений Ях водной среды, и, как правило, в узких диапазонах спектра. Мы поставили перед собой задачу попытаться использовать для этой цели спутниковую информацию, поступающую со спутника МОЛЛ-12. При заданных характеристиках спектральных каналов съемки, для определения тф возможно использование спектрального диапазона 0.58—0.68 мкм, в котором наиболее ярко проявляются отражательные свойства клеток фитопланктона, а между концентрациями фитопланктона и хлорофилла (т^) имеется устойчивая зависимость. Были осуществлены расчеты для определения значений коэффицентов спектральной яркости изображений подспутикового пространства в видимом (к = = 0.58—0.68 мкм) и инфракрасном (к = 3.55—3.93; 10.5—11.5; 11.5—12.5 мкм) диапазонах-электро-магнитного спектра с пространственным разрешением 0.8—1.1 км.
АНАЛИЗ
В программу наблюдений входило, в частности, определение температуры воды на поверхности, относительной прозрачности (по диску Сек-ки в м), концентрации хлорофилла и неорганической взвеси на горизонтах 0 метров и глубже, на уровне, равном половине величины относительной прозрачности для конкретного измерения [10, 11].
Обработка данных со спутника МОЛЛ-12 проводилась специализированным вычислительным комплексом АНАКА. По ее результатам были построены карты распределения яркости в относительных величинах (рис. 2).
ДИСТАНЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
79
тхп, мкг/л 2.5
1.0
80
85
90
95
А
ф'
Рис. 2. Карта распределения яркости водной среды в относительных величинах на длине волны 0.58 мкм.
Район проведения эксперимента является высокопродуктивной областью Каспийского моря. Средние концентрации хлорофилла для поверхностного слоя имели значения 2.1—2.4 мкг/л. Распределение относительной прозрачности в пределах площади полигона не оказалось связанным с глубиной. Так, например, ее значения в 4—6 м были зафиксированы неоднократно на глубинах 12, 16, 20, 25 м. Распределение спектральной яркости водной среды, измеренной со спутника, также непосредственно не связано с батиметрическими характеристиками, как может показаться для некоторых областей полигона. Выполненные расчеты показывают, что доля светового потока, отраженного от дна, составляет менее 0.2% от суммарного потока, восходящего от водной среды при данных значениях относительной прозрачности. Поэтому изменения спектральной яркости водной среды связаны с распределением в ней концентрации фитопланктона, неорганической взвеси и других элементов.
Результаты эксперимента показали, что яркость изображения водной среды на длине волны 0.58 мкм лучше коррелирует с распределением
Рис. 3. Зависимость между значениями яркости водной среды в спектральном диапазоне 0.58—0.68 мкм и значениями концентраций хлорофила в поверхностном слое: 1 — на севере Апшеронского п-ова; 2 — на юге Апшеронского п-ова.
относительной прозрачности, обусловленной т( а на длине волны 0.68 мкм с тхя, зависимость которой от Ях отвечает известным эмпирическим формулам [4].
При этом мы исходили из того, что концентрация взвеси на поверхности исследуемой акватории распределена равномерно. Результаты проведенного анализа наглядно представлены на рис. 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненный анализ данных спутниковой информации позволил выявить существенную роль динамических процессов различного масштаба в формировании биоресурсов Каспийского моря. Показано, что мгновенное поле спектральной яркости поверхности Каспийского моря может
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.