1. РАЗРАБОТКА ПОЛУАНАЛИТИЧЕСКОГОРАЗРАБОТКА ПОЛУАНАЛИТИЧЕСКОГО
РЕГИОНАЛЬНОГО АЛГОРИТМАРЕГИОНАЛЬНОГО АЛГОРИТМА
ВОССТАНОВЛЕНИЯ БИООПТИЧЕСКИХВОССТАНОВЛЕНИЯ БИООПТИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МОРСКОЙ ВОДЫ ИЗХАРАКТЕРИСТИК МОРСКОЙ ВОДЫ ИЗ
ДАННЫХ ПАССИВНОГО ДИСТАНЦИОННОГОДАННЫХ ПАССИВНОГО ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ВОСХОДЯЩЕГОЗОНДИРОВАНИЯ ВОСХОДЯЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ МОРЯИЗЛУЧЕНИЯ МОРЯ
Стёпочкин И.Е.Стёпочкин И.Е.
Морской государственный университет им. адм.Морской государственный университет им. адм.
Г.И.Невельского, ВладивостокГ.И.Невельского, Владивосток
Научный руководитель: к.ф-м.н.Научный руководитель: к.ф-м.н. Салюк П.АСалюк П.А., ТОИ ДВО РАН,., ТОИ ДВО РАН,
ВладивостокВладивосток

2. Дистанционные средства исследованияДистанционные средства исследования
Преимущества:Преимущества:
1.1. ОперативностьОперативность
2.2. Широкий охват территорииШирокий охват территории
3.3. Возможность полной автоматизацииВозможность полной автоматизации
1.1. Отладить на практике методику дистанционных измерений иОтладить на практике методику дистанционных измерений и
последующей обработки данных восходящего излучения.последующей обработки данных восходящего излучения.
2.2. Разработать полуналитический алгоритм восстановленияРазработать полуналитический алгоритм восстановления
биооптических параметров из спектра отражательнойбиооптических параметров из спектра отражательной
способности морской воды.способности морской воды.
Цели представленного исследования:Цели представленного исследования:

3. Дистанционные измеренияДистанционные измерения Контактные измеренияКонтактные измерения
спектрометр FieldSpec® HandHeldспектрометр FieldSpec® HandHeld
 Апертура объектива: 10°Апертура объектива: 10°;;
 Спектральный диапазон:Спектральный диапазон:
325 – 375 нм325 – 375 нм;;
 Разрешение: 1 нм.Разрешение: 1 нм.
SeaSea--Bird ProfilingBird Profiling
CTD SBECTD SBE-19-19plusplus
LF – 3,LF – 3, λλ = 532= 532 нмнм
 Период и район исследований:Период и район исследований:
2009 – 2010 г.г., Залив Петра2009 – 2010 г.г., Залив Петра
Великого, НИС «Малахит» иВеликого, НИС «Малахит» и
«Импульс»;«Импульс»;
 Всего проведено 167 серийВсего проведено 167 серий
измерений.измерений.

4. Методика измеренийМетодика измерений
• λλ –– длина волны излучения;длина волны излучения;
• θθ –– зенитный уголзенитный угол
измерения;измерения;
• φφ –– азимут;азимут;
• SSsfcsfc –– восходящая яркостьвосходящая яркость
воды;воды;
• SSskysky –– яркость неба;яркость неба;
• SSgg –– яркость отяркость от
рассеивателя, близкого крассеивателя, близкого к
ЛамбертовскомуЛамбертовскому..
• 325325 ≤≤ λλ ≤ 1075 нм;≤ 1075 нм;
• θθ ≈ 45≈ 45ºº;;
• 90 ≤90 ≤ φφ ≤ 180;≤ 180;
• αα > 20> 20ºº;;
• SSsfcsfc – снимается 20 спектров;– снимается 20 спектров;
• SSskysky - снимается 30 спектров;- снимается 30 спектров;
• SSgg - снимается 50 спектров;- снимается 50 спектров;

6. Порядок обработкиПорядок обработки
→→
→→
↑↑ ↑↑
Медианная фильтрация на резкиеМедианная фильтрация на резкие
выбросывыбросы
↑↑ ↑↑
Медианный спектр яркостиМедианный спектр яркости

7. Экспериментальный расчетЭкспериментальный расчет
1
( )
( 1)
n
i
i
st
S S
dS C
n n
=
−
=
−
∑ 2 2 21
( ) (( ) )
g
RS sfc sky sfc sky
g g
dS
dR dS S S S
S S
= + ρ + −ρ
π
sfc sky
RS
g
S S
R
S
−ρ
=
π
ρρ = 0.025 – френелевский= 0.025 – френелевский
коэффициент отражения накоэффициент отражения на
границе атмосфера-океангранице атмосфера-океан

8. Региональный эмпирический алгоритмРегиональный эмпирический алгоритм
max( (443), (489))
lg( )
(555)
rs rs
rs
R R
R
R
=
RR вычисляется в соответствии свычисляется в соответствии с OC3MOC3M::
(-1.346 0.471)
10 R
chlC +
=

9. Для оценки параметров решается система методом наименьших квадратовДля оценки параметров решается система методом наименьших квадратов:
АппроксимацияАппроксимация
• X, YX, Y –– спектральные константыспектральные константы;;
• aa –– полный коэффициент абсорбцииполный коэффициент абсорбции
водыводы;;
• aaphph –– абсорбция фитопланктономабсорбция фитопланктоном;;
• aagg –– абсорбция детритами и РОВабсорбция детритами и РОВ;;
• aaww –– абсорбция чистой водойабсорбция чистой водой
• bbbwbw –– коэффициент обратногокоэффициент обратного
рассеяния воды;рассеяния воды;
• GG = 0.176= 0.176;;
• ССchlchl –– концентрация хлорофилла – «а»;концентрация хлорофилла – «а»;
• A(A(λλ), B(), B(λλ)) –– известные параметры;известные параметры;
g ph wa a a a= + +
) (440) 440g g ga (λ a exp{ s (λ )}= × − × −
1 ( )
( , ) ( ) B
ph Chl Chla C A C λ
λ λ −
= ×
4.3400
0.0038( )bwb
λ
=
400
[ ( ) ]
3.4
m Ybw
RS
bG
R X
a
π
λ
×
= +
2
430
( , , , , ) ( ( , , , , , ))g g Chl m g g ChlF a S X Y C a S X Y Cρ ρ λ
λ = 650
λ=
= −∑

10. X > 0
0.011 gS≤ ≤ 0.016
Chl(-1.20 + 0.47lg(C ))
ga (440) = 10
(440)
=
(490)
ρ
χ
ρ
0.9(0.86+1.2ln( )) < Y < 1.1(0.86+1.2ln( ))χ χ
ГраничныеГраничные условияусловия::

11. Предварительный результат аппроксимацииПредварительный результат аппроксимации
• В 85% спектровВ 85% спектров RR22
> 0.99> 0.99

12. Выбор «правильных» значенийВыбор «правильных» значений
 Выбор производится только для решений сВыбор производится только для решений с RR22
> 0.99> 0.99
 Сравнение концентрации хлорофилла – «а», восстановленныхСравнение концентрации хлорофилла – «а», восстановленных
из спектров, с данными зондаиз спектров, с данными зонда
 Ширина диапазона определяетсяШирина диапазона определяется CVRMSECVRMSE эмпирическогоэмпирического
алгоритмаалгоритма

13. Итерация 1Итерация 1

14. КоррекцияКоррекция
 Начальные условияНачальные условия
0.0097 0.0209gS< <
0 0.0073X< <
-6.6 3.2Y< <
0 (440) (-1/ 4)ln(0.01)ga< <
 РегрессияРегрессия aagg(440)(440) нана CCchlchl
lg( (440)) 1.341 1.697lg( )g chla C= − +

15. ИтерацияИтерация 22

16. Литература:Литература:
 Mueller J.L., Curtiss D., Arnone R., Frouin R. and Carder K. Above-waterMueller J.L., Curtiss D., Arnone R., Frouin R. and Carder K. Above-water
radiance and remote sensing reflectance measurement and analysisradiance and remote sensing reflectance measurement and analysis
protocols // Ocean Optics Protocols For Satellite Ocean Color Sensorprotocols // Ocean Optics Protocols For Satellite Ocean Color Sensor
Validation –2003.– V. 30.– P. 21-30.Validation –2003.– V. 30.– P. 21-30.
 Lee Z.P., Carder K.L., Peacock T.G., Davis C.O. and Mueller J.I. MethodLee Z.P., Carder K.L., Peacock T.G., Davis C.O. and Mueller J.I. Method
to derive ocean absorption coefficients from remote-sensingto derive ocean absorption coefficients from remote-sensing
reflectance // Applied Optics.– 1996.– V. 35.– P. 453-462.reflectance // Applied Optics.– 1996.– V. 35.– P. 453-462.
 Smith R.C. and Baker K.S. Optical properties of the clearest naturalSmith R.C. and Baker K.S. Optical properties of the clearest natural
waters // Applied Optics.– 1981.– V. 20.– P. 177-184.waters // Applied Optics.– 1981.– V. 20.– P. 177-184.
 Bricaud A., Babin M., Morel A. and Claustre H. Variability in theBricaud A., Babin M., Morel A. and Claustre H. Variability in the
chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton:chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton:
Analysis and parameterization // J. Geophys. Res.– 1995.– V. 100. – P.Analysis and parameterization // J. Geophys. Res.– 1995.– V. 100. – P.
1321-1332.1321-1332.

17. Спасибо за внимание!
=))