Анализ структур биооптических полей морской поверхности методами оптической спектроскопии

• Автор: Акмайкин, Денис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Глава 1. Активные и пассивные методы определения биооптических параметров верхнего слоя океана
1.1. Биооптические параметры морской воды и основные принципы измерения концентрации хлорофилла «А» по спектрам восходящего из морской толщи излучения
1.2. Оптические сканеры, используемые для измерения спектров восходящего излучения
1.3. Особенности обработки данных сканеров цвета морской поверхности24
1.4. Метод лазерно-индуцированной флуориметрии
Глава 2. Алгоритмы определения концентрации хлорофилла «А» из данных активного и пассивного оптического зондирования
2.1. Основные алгоритмы расчета концентрации хлорофилла «А» по данным сканеров цвета моря
2.2. Алгоритмы определения концентрации хлорофилла «А» по спектрам лазерно-индуцированной флуориметрии
2.3. Разработка региональных алгоритмов
Глава 3. Методы обработки и статистического анализа биооптических данных
3.1. Восстановление профилей при неравномерном распределении дискретных отсчетов
3.2. Расчет статистических характеристик биооптических полей и оценка точности их восстановления
3.3. Оптимальная интерполяция биооптических полей

Глава 4. Анализ статистических характеристик биооптических полей в
верхнем слое океана по спутниковым и ЛИФ данным
4Л. Использование данных о цвете морской поверхности для восстановления пространственных структур биооптических полей ВСО
4.2. Статистические характеристики полей концентрации хлорофилла «А»
4.3. Сравнение концентраций хлорофилла «А» по данным судовых ЛИФ и спутникового мониторинга
4.4. Синоптические возмущения, влияющие на структуру биооптических полей ВСО
4.5. Результат влияния тайфунов на поля хлорофилла «А» и биооптические характеристики поверхности океана
Заключение
Литература

Актуальность темы. Анализ пространственного распределения биооптических параметров верхнего слоя океана (ВСО) является важным при решении широкого круга задач оптики океана, мониторинге фитопланктонных сообществ и прогнозировании тех изменений, которые происходят в морских экосистемах под воздействием процессов различной природы (включая антропогенные).
В настоящее время уделяется большое внимание разработке новых оперативных методов мониторинга биооптических параметров морской среды [9, 15, 23, 59]. Оптические дистанционные методы зондирования поверхности океана, как нельзя лучше, отвечают тем требованиям, которые предъявляются при проведении подобного мониторинга, обеспечивая высокую оперативность процесса измерения. Эти методы позволяют получать большие объемы информации об исследуемом объекте в широком диапазоне пространственных и временных масштабов.
В настоящее время, с помощью пассивных оптических методов зондирования океана, проводится непрерывный спутниковый мониторинг пространственно-временного распределения полей фитопланктона в ВСО, по измерению спектров восходящего из морской толщи излучения [например 10, 98, 104]. Однако, существуют трудности, вызванные несовершенством методов обработки и интерпретации результатов оптического дистанционного
зондирования, например, в использовании глобальных алгоритмов для
обработки спутниковых данных. Особенно это относится к некоторым оптическим типам морских вод. В связи с этим встает задача разработки оптических методов, обеспечивающих проведение коррекции спутниковых данных о цвете морской поверхности, разработку, на основе результатов сравнительного анализа, региональных алгоритмов восстановления
концентрации хлорофилла «А» и других биооптических параметров из
спутниковых данных [40, 94].

Рис. 2.2.1. Разложение суммарного спектра ЛИФ на спектральные компоненты различных пигментов.
Для определения уровня концентрации хлорофилла «А» производится разложение спектра ЛИФ на составляющие, которые соответствуют широкой линии флуоресценции РОВ (экспоненциальный спад), линии комбинационного рассеяния (КР) воды (аппроксимируется функцией с гауссовой формой линии) и линии флуоресценции, соответствующее основному пигменту - хлорофиллу «А» (Х-а), и дополнительным пигментам - фикоэретрину (Ф) и хлорофиллу-«Б» (Х-б). Линия флуоресценции, лежащая в области спектра, которая соответствует флуоресценции хлорофилла «С», проявлялась в спектрах крайне редко и как очень слабая линия.
Максимум значения функции Гаусса, которая описывает соответствующую линию КР, имеет центр на длине волны 648 нм. Максимум функции, описывающей сигнал флуоресценции хлорофилла «А», соответствует