Алгоритмы определения концентрации хлорофилла-а и общей взвеси и идентификации микроводорослей Lepidodinium chlorophorum и Emiliania huxleyi по спутниковым данным на примере Бискайского залива

• Автор: Морозов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 225 с. : ил.

Введение
Глава 1 Теоретические основы построения алгоритмов восстановления характеристик природных вод и границы раздела вода-атмосфера по данным дистанционного зондирования

1.1 Формирование радиометрических характеристик восходящего

сигнала

1.1.1 Постановка прямой задачи дистанционного зондирования в видимом диапазоне

1.1.2 Удельные первичные гидрооптические характеристики (ПГХ)

1.1.3 Вторичные гидрооптические характеристики

1.1.4 Компоненты яркости светового сигнала, регистрируемой дистанционным датчиком

1.1.5 Коэффициент отражения для дистанционного зондирования

1.1.6 Параметризация коэффициента отражения для дистанционного зондирования

1.1.7 Основные цветообразующие компоненты водной среды и характеристики их взаимодействия с электро-магнитным излучениеим в видимом диапазоне
1.2 Алгоритмы восстановления параметров качества воды
1.2.1 Первые эмпирические алгоритмы
1.2.2 Алгоритмы основанные на отношении сигналов на двух длинах волн
1.2.3 Алгоритмы, основанные на искусственных нейронных сетях
1.2.4 Алгоритмы идентификации типов водорослей
1.2.5 Объединение данных с различных датчиков цвета океана
1.3 Алгоритм восстановления температуры поверхности воды
1.4 Алгоритм восстановления скорости и направления приводного ветра
1.5 Краткая характеристика датчиков, использованных в
диссертационном исследовании
1.6 Выводы к главе

Глава 2 Общая характеристика Бискайского залива
2.1 Географическое описание
2.1.1 Батиметрия
2.2 Климат
2.3 Метеорологический режим
2.3.1 Ветровые условия
2.3.2 Осадки
2.3.3 Облачность
2.4 Гидрологический режим региона
2.4.1 Основные черты поля течений
2.4.2 Характерные водные массы
2.4.3 Волновой режим
2.4.5 Приливы
2.4.6 Апвеллинги
2.4.7 Сток рек
2.5 Гидробиология и гидрохимия
2.5.1 Фитопланктон
2.5.2 Общая взвесь
2.5.3 РОВ
2.5.4 Оптические характеристики БЗ
2.6 Выводы к главе
Глава 3 Разработка биооптических алгоритмов восстановления параметров
качества воды по данным спутниковых датчиков цвета океана для
шельфовой и открытой акваторий БЗ
3.1 Биооптический алгоритм для восстановления концентраций ОВ и ХЛ
фитокомплекса вегетирующего в шельфовой зоне БЗ
3.1.1 Характеристика баз используемых данных
3.1.2 Разработка специализированного нейронно-сетевого алгоритма для восстановления концентраций ХЛ и ОВ в шельфовой зоне

3.2 Биооптические алгоритмы для идентификации и оконтуривания
областей цветений Lepidodinium chlorophorum
3.2.1 Характеристика данных in situ по цветениям L. chlorophorum
3.2.2 Нейронно-сетевой биооптический алгоритм
3.2.3 Биооптический алгоритм, основанный на нечёткой логике с-средних
3.2.4 Вспомогательный биооптический алгоритм для идентификайии цветений L. chlorophorum
3.3 Биооптические алгоритмы для исследования цветений Emiliania
huxleyi
3.3.1 Биооптический алгоритм определения концентрации кокколитофоров и кокколитов по данным SeaWiFS и MODIS
3.3.2 Биооптический алгоритм идентификации областей цветения Е. huxleyi по данным SeaWiFS и MODIS
3.3.3 Биооптический алгоритм идентификации областей цветения Е. huxleyi по данным CZCS
3.3.4 Биооптический алгоритм идентификации областей цветения Е. huxleyi по данным AVHRR
3.4 Выводы к главе
Глава 4 Применение алгоритмов восстановления параметров качества воды (ПКВ)
в Бискайском заливе
4.1 Оценка точности биооптических алгоритмов восстановления ПКВ
4.1.1 Оценка точности НС-алгоритмов для восстановления концентраций XJI и ОБ в шельфовой зоне БЗ
4.1.2 Оценка точности НС- алгоритма и алгоритма с-средних для идентификации L. chlorophorum
4.2 Совмещение данных разных датчиков цвета океана и выявление
внутригодовой изменчивости ПКВ в шельфовой зоне БЗ
4.2.1 Сравнение результатов восстановления концентраций XJI и ОБ,
полученных по данным SeaWiFS и MODIS

принадлежности водоросли (Mitchel et al., 1988). С увеличением зенитного угла Солнца или концентрации растворенного органического вещества яркость флуоресцентного сигнала снижается. В чистых океанических водах 90% яркостного сигнала с 1 = 685 нм формируется верхним 2-х метровым слоем.
Растворенное органическое вещество (РОВ). Органическое вещество {ОБ) в природных водоемах в основном создается либо в процессе деятельности фитопланктона (автохтонное ОБ), либо поступает с суши (аллохтонное ОБ). ОБ, образующееся в результате роста фитопланктона, заключено не только в биомассе фитопланктона, но и выделяется в окружающую среду (так называемые прижизненные выделения фитопланктона) (Романкевич,1977).
Окрашенная часть ров, присутствующая в природных водах и получившая несколько названий (gelbstoff, желтое вещество, водный гумус), составляет, как полагают, около 25% общего содержания ров, при этом процентное содержание в ней флуоресцирующей фракции ров по разным данным колеблется от 20 до 70% (Green, 1994).
Количество ров в морской воде в среднем не превышает нескольких миллиграммов углерода (С) на литр, что на четыре порядка меньше концентрации растворенных солей (Viljanen et al., 1996). Оно характеризуется интенсивным поглощением, экспоненциально возрастающим от длинноволновой к коротковолновой части видимого спектра (рис. 1.5 б). Наблюдаемое поглощение ров в видимой области спектра представляет собой длинноволновую часть («хвост») электронных полос поглощения, располагающихся в УФ-части спектра. Причина изменчивости коэффициента поглощения ров а*Ров обусловлена пространственно-временными вариациями соотношения фракций фульво- и гумидных кислот в составе ров, и наиболее существенно эта изменчивость проявляется в коротковолновой части видимой области спектра. В общем виде эта зависимость может быть представлена в виде:
а*Ров (Я) = а*ров (Л0) ехр[—5(Я— Я0)]> (1-15)
где .s' это параметр описывающий крутизну склона экспоненты, а длина волны Л0 на которой производится измерение коэффициента поглощения ров для различных