Использование метода лазерной индуцированной флуоресценции в задачах дистанционного зондирования цвета морской поверхности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

БУРОВ Денис Викторович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНОЙ ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ В ЗАДАЧАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЦВЕТА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

01.04.05-оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск - 2004

Работа выполнена в Морском физико-техническом институте при Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского.

Научный руководитель: д-р физ.-мат. наук, профессор Букин Олег

Алексеевич

Официальные оппоненты: д-р физ.-мат. наук, профессор Витрик Олег

Ведущая организация: Институт космических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН

Защита состоится « 17 » сентября 2004 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета ДМ218.003.01 при Дальневосточном государственном университете путей сообщения по адресу: 680021, Хабаровск, ул. Серышева, 47, ауд. 230.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточного государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «/У» августа 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Борисович

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. Луговой Владимир Александрович

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ Актуальность темы. Мониторинг состояния фитопланктона, находящегося в верхнем слое океана приобретает все более важное значение, в связи с той ролью, которую играет планктонное сообщество на планете (прежде всего это основное звено в цепи биопродуктивности океана, один из факторов формирующих газовый состав атмосферы, и основной производитель углеводородного сырья в океане) и влиянием, которое оказывают различные процессы (природного и антропогенного происхождения) на его развитие и функционирование.

Прогресс в использовании оптических методов зондирования океана, который наблюдается в последние десятилетия, привел к тому, что организованы, практически непрерывные, спутниковые наблюдения за пространственно-временным распределением полей фитопланктона в Мировом океане. Однако, дальнейший прогресс в этой области сталкивается с определенными трудностями, вызванными несовершенством глобальных алгоритмов обработки и интерпретацией результатов спутникового зондирования, особенно в отношении шельфовых вод. В связи с чем актуальна задача разработки оптических методов, обеспечивающих проведение оперативного сравнительного анализа подспутниковых измерений с данными спутникового зондирования цвета морской поверхности. А так же создания, на основе результатов сравнительного анализа, региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных о цвете морской поверхности.

Цели и задачи настоящей работы:

1. Разработать методику использования лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) для подспутниковых измерений концентраций хлорофилла-а и сопоставления их со спутниковыми данными сканеров цвета морской поверхности.

2. Разработать процедуры, обеспечивающие обработку, привязку к географическим координатам, хранение и накопление спектров ЛИФ, в геоинформационной системе (ГИС) с целью последующего их использования.

3. Исследовать возможность проведения классификации морских вод по параметрам спектров ЛИФ и использование ее при разработке региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из данных сканеров цвета морской поверхности.

РСС.Н-.Г.-.О'.ЛДЬНАЯ

г.; " ¡'.'ЛГГА

4. Разработать региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных о цвете морской поверхности для некоторых районов мирового океана.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена методика использования ЛИФ спектроскопии в задачах сравнения со спутниковыми данными цвета морской поверхности и проведены судовые подспутниковые измерения биооптических параметров спектров ЛИФ в некоторых районах Мирового океана и Дальневосточных морей. В результате были получены региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканера SeaWiFS для Охотского моря.

2. Предложен новый метод классификации морских вод по биооптическим компонентам спектров лазерной индуцированной флуоресценции.

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

Использование метода ЛИФ в задачах сравнения подспутниковых измерений со спутниковыми данными позволяет получать необходимую статистику измерений, которая учитывает пространственно-временные изменения полей концентраций фитопланктона. Это обеспечивает более достоверную интерпретацию спутниковых данных о цвете морской поверхности и обеспечивает возможность разработки региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а.

Полученные в работе региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных о цвете морской поверхности могут быть использованы в процедурах обработки спутниковых данных по Охотскому морю.

Разработанные процедуры обработки спектров ЛИФ, сопоставления полученных из спектров ЛИФ значений биооптических параметров со спутниковыми данными значительно расширяют возможности геоинформационной системы "Дальневосточные моря" и дают возможность проведения оперативного анализа.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Метод сравнительного анализа биооптических компонент спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды и данных спутникового зондирования цвета морской поверхности.

2. Статистические характеристики связей между биооптическими компонентами спектров лазерной индуцированной флуоресценции дают возможность проведения оптической классификации морских вод.

3. Результаты совместного анализа параметров спектров ЛИФ и спутниковых данных и регрессионные соотношения для расчета концентраций хлорофилла по данным сканера цвета моря с учетом биооптических особенностей вод исследуемых районов океанов и морей.

Апробация работы. Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Региональная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, Владивосток, 2000; Научно-практическая конференция «Современные методы мониторинга морских экосистем», Проект ФЦП «Интеграция» № СО 148, «Дальневосточный Плавучий университет», 2000-2001; VIII Joint international symposium. Atmosphere and ocean optics. Atmospheric physics. Irkutsk. 2001; 49-я молодежная научно-техническая конференция «Творчество молодых - интеграция науки и образования», Владивосток, 2001; Международная научная конференция творческой молодежи «Безопасность на море. Научно-технические проблемы и человеческий фактор», Владивосток, 2002; International conference «Optical of Natural Waters» in the St. Petersburg, 2003; Региональная научно-техническая конференция "Наука делает мир лучше", МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2003; The 6th IOC/WESTPAC International Scientific Symposium «Challenges for Marine Science in the Western Pacific», Hangzhou, China, 2004.

Публикации. Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 13 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад соискателя. Автор участвовал в проведении судовых измерений; проводил сбор, обработку и анализ данных флуориметра и данных сканера SeaWiFS; участвовал в разработке специализированной геоинформационной системы; участвовал в подготовке материалов и написании статей, перечисленных в списке публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы (ПО наименований). Общий объем работы - 133 страницы, в том числе 60 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении определены цель, актуальность научная новизна и практическое значение работы. Представлен обзор литературных данных и современное состояние исследуемых проблем.

В первой главе представлено описание основных биооптических параметров морской воды, даются физические основы лазерной флуориметрии морской воды.

В параграфе 1.1 рассмотрены оптические свойства морской воды и основные характеристики световых полей в океане. Представлены спектральные характеристики пигментов фитопланктона.

В параграфе 1.2 описаны спектры лазерной индуцированной флуоресценции морской воды и фитопланктона, а так же процедура разложения спектров ЛИФ на биооптические компоненты.

Физические основы лазерной флуориметрии морской воды и основные характеристики спектров флуоресценции, а также параметры клеток фитопланктона, восстанавливаемые при измерении спектров ЛИФ обсуждаются в параграфе 1.3.

Во второй главе представлены оптические методы измерения гидрооптических характеристик морской воды и пассивные методы, используемые при зондировании морской поверхности со спутников, а также один из активных судовых методов - лазерной флуориметрии.

В параграфе 2.1 дано краткое описание физических основ пассивных дистанционных методов зондирования цвета морской поверхности по спектрам восходящего из морской толщи излучения.

В параграфе 2.2 приведены технические параметры оптических сканеров спектров восходящего из морской толщи излучения, которые установлены на спутниках. Приведено описание устройств и принципа их действия, а так же параметры спутников, которые необходимы для дальнейших исследований в данной работе. Описаны способы использования данных со сканера SeaWiFS, и программное* обеспечение, которое использовалось для восстановления необходимых биооптических параметров из спутниковых данных о цвете морской поверхности.

В параграфе 2.3 описан проточный судовой лазерный флуориметр, приведены его технические характеристики.

Третья глава посвящена геоинформационной системе, которая была разработана для накопления, хранения, обработки и отображения данных, получаемых с судовых измерительных комплексов, а так же проведения

сравнительного анализа этих данных со спутниковыми измерениями цвета морской поверхности.

В параграфе 3.1 описана структура судовой геоинформационной системы, схема которой представлена на рис. 1. Разработанную ГИС можно представить в виде совокупности программных модулей: сбора данных (конвертирования данных и автоматического занесения информации в базы данных (БД)); обработки данных; обработки запросов; визуализации; сервер системы управления базами данных (СУБД). Такая организация системы позволяет быстро подключать новые источники информации, не меняя основных компонентов системы, и оперативно вносить изменения в существующие.

Пространственные данные, генерируемые различными сенсорами, вводятся в полностью автоматическом режиме. Ввиду того, что данные, получаемые от разных измерительных комплексов, имеют разную структуру, для каждого измерительного комплекса разрабатывается индивидуальный конвертер. Конвертеры - программные модули позволяющие занести разнородные данные, полученные из различных источников в БД автоматически или полуавтоматически. Также имеются обратные конвертеры используемые в тех случаях, когда в системе отсутствуют необходимые процедуры обработки данных и обработка производиться в других программных пакетах и системах, например Mathcad, MatLab и тп. ГИС-клиент располагает возможностями отображения накопленной информации в удобном виде. Для этого у него имеется набор программ для работы с картографическими и научными данными. Также он имеет некоторые

Конвертер флуориметра

\ >>-

Конвертер GPS

SQLt L-g—^ЛРезервнь1й" "

____________ЧШГг.П..!,,

Конвертер искрового

спектрометр

Прочие конвертерь

Рис. 1. Структурная схема ГИС.

вспомогательные функции - вычисление расстояний, печать, идентификация, нанесение информационных меток и маркеров, построение диаграмм и графиков. Сервер СУБД исполняет роль интегрирующего центра, управляющего хранением данных и обеспечивающего возможность удаленного доступа к информации. Резервный SQL Сервер (Structured Query Language-язык структурированных запросов) предназначен для сохранения работоспособности системы в случаях профилактических работ или прочих нештатных ситуаций на основном сервере.

В параграфе 3.2 рассмотрен процесс обработки биооптической информации, поступающий в ГИС с судовых измерительных комплексов. Описаны основные модули ГИС и процедуры обработки спектров ЛИФ. Представлены диалоговые окна основных модулей. На рис. 2 приведены основные этапы обработки спектров ЛИФ в геоинформационной системе.

Рис. 2. Основные этапы обработки спектров ЛИФ.

В параграфе 3.3 приводятся этапы обработки спектров ЛИФ, измерения которых, как правило, сопровождаются высоким уровнем аппаратного шума. При этом, обычно, отмечается высокая временная изменчивость, которая связана с флуктуациями характеристик морской воды во время измерения отдельного спектра. На рис. 3 показана общая функциональная схема обработки спектров ЛИФ и спутниковых данных со сканера SeaWiFS, где отображены основные этапы обработки данных. Спектры ЛИФ, полученные на проточном лазерном флуориметре, поступают по локальной сети судна в ГИС, где необработанные спектры проходят процедуры фильтрации, сглаживания и усреднения. После чего, к обработанным данным, состоящим из значений

концентрации хлорофилла-а и растворенного органического вещества, привязанным к географическим координатам, добавляются данные о температуре и солености морской воды. Данные спутникового зондирования морской поверхности сканера SeaWiFS (первого уровня-Ll, которые несут значения интенсивностей восходящего излучения по 8 каналам сканера) берутся из архивов спутниковых данных NASA. После чего, посредством стандартного программного продукта SeaDas, преобразуются в данные второго уровня^2 с пространственным разрешением 1,1 км в надире. При преобразовании учитываются данные о метеорологии и озоновом слое, за соответствующие временные интервалы, которые используются в алгоритмах атмосферной коррекции пакета SeaDas. Полученные спутниковые данные о концентрации хлорофилла-а сравниваются с данными метода ЛИФ. Результаты статистического анализа поступают в базы данных ГИС, откуда могут быть выведены в наглядном виде посредством модулей визуализации таких как: модуль временных диаграмм, модуль диаграмм распределения, модуль картографии и т.д.

В четвертой главе обсуждаются алгоритмы оценок концентраций хлорофилла-а из данных сканеров цвета моря. На примере районов Охотского и Красного морей, показано использование данных ЛИФ спектроскопии для

Рис. 3. Функциональная схема обработки ЛИФ спектров и данных оптического

сканера SeaWiFS.

проведения подспутниковых измерений биооптических параметров, а так же разработка, на основе сравнительного анализа, региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из данных сканера SeaWiFS.

В параграфе 4.1 приведены основные биооптические глобальные алгоритмы, используемые для восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканеров цвета.

Методика сравнения спутниковых и судовых флуориметрических измерений концентраций хлорофилла-а представлена в параграфе 4.2.

Судовые измерения концентрации хлорофилла-а, которые могут быть проведены с большим пространственным разрешением, в зависимости от скорости судна (при скорости судна 8 узлов ~ 240 м.), сравниваются с концентрацией хлорофилла-а восстановленной из спутниковых данных 2-го уровня по алгоритмам ОС2 и ОС4 [O'Reilly J. E., Maritorena S., Mitchell В. G., Siegle D. A., Carder К. L., Garver S. A., Kahru M. and McClain C, 1998]. Сравнение судовых и спутниковых концентраций производится в заданном временном интервале 2 часа, для сведения к минимуму динамических погрешностей за счет суточного хода. При проведении сравнения, судовые концентрации хлорофилла-а попадающие в один пиксель спутникового снимка усредняются. Для примера, на рис. 4 приведен район судовых и спутниковых измерений проведенных в Охотском море во время экспедиции парусного учебного судна "Надежда" в 2001 году. Траектория движения судна показана на фоне изображения пространственного распределения концентрации хлорофилла-а, восстановленного по данным сканера SeaWiFS за 27 августа 2001 года. Часть маршрута судна, где наблюдалось непосредственное совпадение, по координатам и времени пролета спутника, судовых и спутниковых данных обозначена белыми точками. В левом верхнем углу на рис. 4 представлено распределение концентрации хлорофилла-а внутри отдельного пикселя изображения со сканера SeaWiFS, пространственное разрешение которого составляет 1,2 км.

В параграфе 4.3 обсуждается метод построения региональных алгоритмов для оценки концентраций хлорофилла-а с использованием данных метода ЛИФ, на примере Охотского моря.

В качестве базовых алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из данных SeaWiFS использовались эмпирические алгоритмы ОС2 и ОС4 [O'Reilly J. Е. and others, 1998]:

ОС2: С =10.0^+a'Ä"+flA+ajÄ") + a4j (i)

Рис. 4. Пространственное распределение концентрации хлорофилла-а и координаты (точки) измерений спектров ЛИФ.

490/555/» — 'ь\, \ 443/555 > "«90/555 > "510/555 /

отношение коэффициентов яркости моря. Значения Яп берутся из архива данных сканера SeaWiFS.

На рис. 5 представлен пример диаграммы рассеяния концентраций хлорофилла-а по данным сканера 8еа\¥1Р8 и по данным ЛИФ спектрометрии, обозначаемым соответственно. Видно, что концентрации рассчитанные

по (1) и (2) систематически завышаются по отношению к судовым значениям в водах Охотского моря. Коэффициент корреляции между С5 И О, не превышает 0,7, при этом среднеквадратическое отклонение от судовых оценок превышает 1,6 мкг/л. Для регрессионных соотношений сохраняется функциональный вид (1) и (2), а коэффициенты ао— аз находятся методом наименьших квадратов по судовым данным.

Рис. 5. Диаграмма рассеяния судовых (метод ЛИФ) - Сц и рассчитанных по данным сканера - (^концентраций.

В (1) и (2) использовались полиномы, степень которых наиболее соответствовала рассматриваемому набору данных и не превышала двух, т.к. учет более высоких степеней, как правило, не приводил к существенному уточнению. Из полученных вариантов регионального алгоритма, по результатам оценки качества восстановления концентраций хлорофилла-а, выбирался наилучший. Рис. 6 показывает качество восстановления концентраций в отдельных пикселях сканера 8еа'МБ8. Отметим, что уровни

пиксель! пик* сель2 пиксел ьЗ пиксель^ пиксел ь5 пиксель б * пиксель^

• ---7

• • •

• • • • - И ^ 4 »

О 5 10 15 20 25 30 35

Г, КМ

Рис. 6. Распределение концентраций хлорофилла в пикселях сканера 8еа'МБ8

за 27.08.01. Точки - судовые данные, —-----алгоритм ОС2,------

региональный алгоритм.

концентраций в пикселях, восстановленные с помощью регионального алгоритма, существенно ближе к наблюдаемым судовым значениям.

В пятой главе предлагается методика классификации морских вод по биооптическим компонентам спектров ЛИФ и ее применение в региональных

концентрации

хлорофилла-а из данных

алгоритмах восстановления спутникового зондирования.

В параграфе 5.1 обсуждаются характеристики спектров ЛИФ, по которым можно классифицировать морские воды. Вводится интегральный параметр (3 ~ |1с1А,, в котором 1(А.) - интенсивность широкополосного спектра

растворенного органического вещества (РОВ). Параметры линейной регрессии Q(C) и степень корреляции между Q и С служат признаками, по которым морские воды могут быть разделены.

В параграфе 5.2 обсуждается возможность учета предложенной классификации при построении региональных алгоритмов на примере конкретных результатов измерений в Охотском море.

На рис. 7а,б, в качестве примера, приведены диаграммы рассеяния Q - С и

Рис. 7. Q - С (а) и Т - 8 (б) диаграммы рассеяния.

Т - S (температуры и солености измеренных с судна) за 27 августа 2001 года. На обеих диаграммах по биооптическим и гидрологическим параметрам выделяются два класса вод: воды с соленостью около 28-29%о и большими значениями параметра Q, и воды с соленостью около 32%о, где параметры Q более низкие.

На рис. 8 представлены изменения значений концентрации хлорофилла-а вдоль траектории движения судна, которые были восстановлены по методу ЛИФ (кривая 2) и по данным сканера SeaWiFS с использованием глобального алгоритма ОС2 (кривая 1) по формуле (1). В таблице 1 приведены значения регрессионных коэффициентов, для двух районов Охотского моря с учетом различия типов вод (рис. 7). Коэффициенты ао и а] из табл. 1, использовались в алгоритме ОС2 (1) для корректировки спутниковых значений концентрации хлорофилла-а в каждом из районов. В соответствии с двумя выделенными типами вод, маршрут был разбит на два участка: район I (до 41,5 км) и район II (более 41,5 км). Кривая 3 (на рис. 8) представляет собой скорректированный ход концентрации хлорофилла-а вдоль маршрута судна. В данном случае был приведен только линейный вариант алгоритма типа ОС2, использующий соотношение коэффициентов яркости в двух полосах (490 нм и 555 нм).

Рис. 8. а - распределение концентрации хлорофилла-а вдоль маршрута судна (1 - концентрации по данным сканера SeaWiFS, 2 - по спектрам ЛИФ, 3 -скорректированные концентрации по данным сканера SeaWiFS).

Отличие в значениях регрессионных коэффициентов, полученных для различных вод, указывает на то, что при использовании спутниковой информации по цвету морской поверхности на региональных масштабах, необходимо для каждого конкретного типа вод использовать свои алгоритмы.

При этом параметры алгоритмов неявно учитывают особенности биооптических характеристик различных вод.

Таблица 1.

Значения регрессионных коэффициентов для Охотского моря.

дата ао ai

27.08.01 I район -0.241 -3.802

II район С < 1мкг/л 0.093 -4.989

С > 1мкг/л 0.261 -1.257

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана и опробована методика использования лазерной индуцированной флуоресценции в задачах сравнительного анализа судовых измерений со спутниковыми данными цвета морской поверхности (для районов Охотского и Красного морей).

2. Разработаны и интегрированы в геоинформационную систему процедуры, обеспечивающие обработку, хранение, накопление и расчет биооптических компонент спектров лазерной индуцированной флуоресценции. Реализованы процедуры классификации морских вод по характеристикам спектров лазерной индуцированной флуоресценции.

3. Предложена классификация морских вод по биооптическим параметрам спектров лазерной индуцированной флуоресценции и метод ее использования при разработке региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканеров цвета моря.

4. Разработаны региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканера SeaWiFS для районов Охотского моря.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Букин О.А., Пермяков М.С., Салюк П.А., Майор А.Ю., Буров Д.В., Хованец В.А., Голик С.С., Подопригора Е.Л. Особенности формирования спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в период цветения водорослей в различных районах Мирового океана // Оптика атмосферы и океана. - 2004. - т. 17, № 9. - С. 742-749.

2. Букин О.А., Пермяков М.С., Зенкин О.Л., Хованец В.А., Пузанков К.А., Буров Д.В., Салюк П.А. Сравнительный анализ результатов измерения концентраций хлорофилла-а, полученных с использованием данных сканера цвета морской поверхности SeaWiFS и методом лазерной индуцированной флюоресценции в Охотском море // Исследование земли из космоса, - 2003. № 4.-С. 84-90.

3. Пермяков М.С., Букин О.А., Акмайкин Д.А., Салюк П.А., Буров Д.В., Подопригора Е.Л. О региональных алгоритмах восстановления концентраций хлорофилла А по данным сканера SeaWiFS для Охотского моря. // Электронный журнал «Исследовано в России». - 2004. № 87. - С. 972-981. http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2004/087.html.

4. Burov D.V., Salyuk P.A., Bukin О.A. Developing ofthe Regional Ocean Color Chlorofyll-a Algoritms for Remote Sensing with use of Laser Induced Fluorescence (LIF Spectra) // Abstracts of 6th IOC/WESTPAC International Scientific Symposium «Challenges for Marine Science in the Western Pacific», Hangzhou, China, 2004.-P. 92.

5. Salyuk P.A., Bukin OA, Permyakov M.S., Podoprigora E.L., Burov D.V. Classification of the Sea of Okhotsk waters by the laser induced fluorescence spectra parameters // Proceedings of International conference «Optical of Natural Waters» in the St. Petersburg, 2003. - P. 176-180.

6. Салюк П.А., Буров Д.В. Сравнение характеристик спектров лазерной индуцированной флюоресценции морской воды в периоды цветения фитопланктона для охотского и северного морей // Труды региональной научно-технической конференции «Наука делает мир лучше». - МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2004. - С. 177-184.

7. Буров Д.В., Салюк П.А. Сравнительный анализ судовых и спутниковых концентраций хлорофилла-А в тропических и субтропических районах // Труды региональной научно-технической конференции "Наука делает мир лучше", МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2004. - С. 191-199.

8. Салюк П.А., Буров Д.В. Разложение спектров лазерной индуцированной флюоресценции морской воды на органические компоненты в

задачах мониторинга фитопланктона // Труды региональной научно-технической конференции "Наука делает мир лучше". - МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2004. - С. 227-240.

9. Burov D.V., Bukin OA, Permyakov M.S., Khovanets V.A Some results of the comparisons analysis of the ship and satellite chlorophyll A data // Abstracts of VIII Joint international symposium. Atmosphere and ocean optics. Atmospheric physics. Irkutsk, 2001. - P. 159.

10. Буров Д.В. Некоторые результаты сравнительного анализа судовых и спутниковых данных. // Сборник докладов 49-ой молодежной научно-технической конференции «Творчество молодых - интеграция науки и образования», - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2001. - С. 161-165.

11. Буров Д.В., Могилев Н.Ю. Использование регулярной спутниковой информации для мониторинга состояния акваторий морей и шельфовых зон Дальнего востока // Труды Научно-практической конференции «Современные методы мониторинга морских экосистем», Проект ФЦП «Интеграция» № СО 148, «Дальневосточный Плавучий университет», 2001. - С. 56-59.

12. Малеенок А.В., Буров Д.В. Структура архивных данных, полученных сканерами CZCS и SeaWiFS // Труды Научно-практической конференции «Современные методы мониторинга морских экосистем», Проект ФЦП «Интеграция» № СО 148, «Дальневосточный Плавучий экологический университет», 2000. - С. 17-21.

13. Буров Д.В., Малеенок А.В. Восстановление концентрации хлорофилла "А" по данным спутника SeaStar, сравнение с судовыми измерениями // Тезисы докладов региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, Владивосток, Дальневосточный государственный университет, 2000. - С. 117.

Буров Денис Викторович

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНОЙ ИНДУЦИРОВАННОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ В ЗАДАЧАХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЦВЕТА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 19.07.2004 г. Уч.-изд. л. 1,0. Усл. печ. л. 1,25. Формат 60x84/16 Тираж 100 экз. Заказ №124

Отпечатано в издательско-полиграфическом комплексе МГУ имени адмирала Г.И. Невельского 690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая,

о А - 1Л9«2

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. БИООПТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МОРСКОЙ ВОДЫ.

1.1 Оптические свойства морской воды.

1.2 Спектры флуоресценции морской воды, возбуждаемые лазерным излучением.

1.3 Физические основы лазерной флуориметрии морской воды.

Глава 2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ БИООПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

МОРСКОЙ ВОДЫ.

2.1 Физические основы пассивных дистанционных методов зондирования океана.

2.2 Оптические сканеры, используемые для измерения спектров восходящего излучения (CZCS, SeaWiFS).

2.3 Судовой лазерный флуориметр, используемый для исследования спектров флуоресценции морской воды.

Глава 3. ОРГАНИЗАЦИЯ СБОРА, ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ

БИООПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В РАМКАХ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ

СИСТЕМЫ.

3.1 Организация сбора и хранения биооптической информации.

3.2 Организация обработки биооптической информации в рамках геоинформационной системы.

3.3 Обработка спектров ЛИФ в прикладных программных комплексах, использование в задачах оптической классификации морских вод и сравнительного анализа со спутниковыми данными.

Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДИКИ ЛИФ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ПОДСПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И РАЗРАБОТКИ РЕГИОНАЛЬНЫХ

АЛГОРИТМОВ.

4.1 Алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла - а.

4.2 Методика сравнения спутниковых и судовых флуориметрических измерений концентрации хлорофилла-а.

4.3 Разработка региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а с использованием метода ЛИФ.

Глава 5. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ МОРСКИХ ВОД ПО

БИООПТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ В ЗАДАЧАХ СОЗДАНИЯ

РЕГИОНАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ.

5.1 Построение Q - С диаграмм для морских вод различных типов.

5.2 Сравнительный анализ региональных алгоритмов для различных типов морских вод.

В настоящее время уделяется большое внимание разработке новых оперативных методов измерения биооптических параметров морской воды. Оптические методы измерения (как активные, так и пассивные) в большинстве своем являются дистанционными и обеспечивают высокую оперативность процесса измерения. Это позволяет получать большие объемы информации об исследуемом объекте в различных пространственных и временных масштабах. Большое внимание к разработке и использованию новых методов зондирования окружающей среды вызвано тем, что прогресс в решении целого ряда глобальных проблем в океанологии, физике и геохимии биосферы определяется возможностью проведения мониторинга океанологических процессов, мониторинга состояния фитопланктонных сообществ и исследования циклов воспроизводства органического вещества в океане в различных пространственных и временных масштабах. Мониторинг состояния планктона, находящегося в верхнем слое океана приобретает все более важное значение, в связи с той ролью, которую играет планктонное сообщество на планете и тем влиянием, которое оказывают различные процессы (природного и антропогенного происхождения) на его развитие и функционирование [1, 2]. Именно антропогенная составляющая этих процессов оказывает все большее влияние на формирование биооптических характеристик верхнего слоя океана. Фотосинтезирующие клетки (каковыми являются клетки фитопланктона) являются не только основой биопродуктивности океана, но и поддерживают определенный баланс в соотношении кислорода и углекислого газа в атмосфере, а так же участвуют в трансформации солнечной энергии в виды энергии, удобные для дальнейшего потребления [3-7]. Этими факторами объясняется важность решения задачи мониторинга планктонных сообществ в океане и разработке новых методов для его проведения.

Известно, какое широкое распространение получили оптические методы для исследования биооптических характеристик морской воды, включая и измерение концентрации хлорофилла-а и других пигментов, содержащихся в фитопланктоне [8-11]. Поставленные задачи мониторинга состояния фитопланктонных систем, а так же углеродных циклов в океане, подразумевают проведение измерений биооптических характеристик верхнего слоя океана в различных пространственных и временных масштабах. Оптические дистанционные методы (активные и пассивные) как нельзя лучше отвечают тем требованиям, которые предъявляются при проведении подобного мониторинга. Можно говорить о том, что начиная с 1978 года осуществляется непрерывный спутниковый мониторинг пространственно — временного распределения хлорофилла-а в верхнем слое океана с использованием пассивных оптических методов, а именно, по измерению спектров восходящего из морской толщи излучения [например, 12-13]. Несмотря на явный прогресс в этой области, исследователи сталкиваются с определенными трудностями при интерпретации спутниковых данных по цвету морской поверхности, особенно в случае морских вод, относящихся ко второму типу [14], которые в большей части находятся в шельфовых водах. В случае морских вод, относящихся к первому типу (т.е. вод в которых растворенное органическое вещество производится фитопланктонным сообществом [15-17]) алгоритмы обработки спутниковых данных по цвету морской поверхности дают удовлетворительные результаты при восстановлении концентрации хлорофилла-а. Однако, во многих случаях, шельфовые воды нельзя отнести к первому типу и возникает необходимость проведения работ, связанных с созданием региональных алгоритмов обработки спутниковых данных [18]. Алгоритмов, в которых учитываются специфические биооптические характеристики конкретных районов. В этом случае необходимо проводить подспутниковые измерения как концентрации хлорофилла-а, так и других биооптических параметров морской воды [19]. Обычно при проведении экспериментов по сравнительному анализу спутниковых и судовых измерений, калибровке спутниковых данных используются стандартные методы определения концентрации хлорофилла-а, основанные на отборе проб морской воды, фильтрации и последующем измерении спектров поглощения.

Трудоемкость стандартных методов, отсутствие оперативности делает невозможным проведение подобных измерений на больших площадях и не обеспечивает соответствующей статистики измерений. В районах, где наблюдается большая изменчивость параметров в поверхностном слое, включая и концентрацию фитопланктона, стандартные измерения не могут обеспечить проведение корректного сравнительного анализа и точных калибровок спутниковых данных. Особенно часто подобные ситуации наблюдаются в морских водах второго типа (устьях рек, районах апвеллингов, на мелководном шельфе), т.е. там, где разработанные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а по спектрам восходящего из водной толщи излучения требуют особо тщательных калибровок.

С другой стороны, в настоящее время, наблюдается интенсивная разработка активных оптических методов зондирования верхнего слоя океана, в основном лазерных [20-22]. Методы измерения концентрации хлорофилла-а, основанные на измерении спектров флуоресценции морской воды, возбуждаемых лазерным излучением, используются, как для дистанционных измерений (в лидарных системах) [23-25], так и в судовых прокачиваемых вариантах [26-28]. В обоих случаях метод позволяет проводить оперативные измерения концентрации хлорофилла-а и получать большое количество измерений, обеспечивая, таким образом, необходимое пространственное разрешение. В последних работах по использованию метода лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) показана возможность определения не только концентрации хлорофилла-а, но и параметров, напрямую характеризующих состояние фотосинтетического аппарата клеток фитопланктона (такие как скорость электронного транспорта при реакции фотосинтеза или соотношение концентраций пигментов в клетке [29, 30]). Использование спектроскопии ЛИФ может позволить не только проводить сравнительный анализ полей концентрации хлорофилла-а, основываясь на большой статистике измерений и хорошем пространственном разрешении, но и решать задачи, связанные с исследованием состояния фотосинтетического аппарата фитопланктона.

Спектры ЛИФ содержат информацию, как о живых клетках фитопланктона, так и об органическом веществе, которое воспроизводится фитопланктонным сообществом и присутствует в морской воде в растворенном и взвешенном состоянии. Это дает возможность использовать метод ЛИФ для исследования углеродных циклов органического вещества и воспроизводства его фитопланктонным сообществом. В задачах мониторинга состояния фитопланктонных сообществ, изучения процессов трансформации и источников происхождения растворенного органического вещества (РОВ) необходимы методы исследования, позволяющие проводить непрерывный мониторинг на больших акваториях. Только такие данные позволяют понять основные особенности процессов трансформации и циклов органики в океане в больших масштабах. Дискретные измерения не дают возможности отследить резкие градиенты величин, особенно в шельфовых зонах, проследить взаимосвязь параметров, характеризующих планктонное сообщество и растворенное органическое вещество на различных временных и пространственных масштабах.

Исследование углеродных циклов органического вещества является одной из фундаментальных проблем в океанологии и геохимии биосферы, поскольку процессы воспроизводства органики и ее превращения в процессе жизнедеятельности организмов определяют функционирование цепи биопродуктивности в океане и накопление источников энергии на нашей планете [6]. Процессы трансформации органического углерода и деградации живых клеток в устойчивую к биохимическим превращениям часть РОВ, минерализация углерода в глубинных водах или его дальнейшее участие в бактериальном развитии и создании фракций, преобразующихся в органические формы в верхних слоях океана, активно исследуются в настоящее время [31]. Растворенное органическое вещество составляет примерно 90 - 95% от суммарного, остальные 5 - 10% присутствуют в воде в виде взвеси [32, 33] и именно РОВ и фитопланктон играют основную роль при формировании спектров восходящего излучения из морской толщи, т.е. в формировании цвета морской поверхности или ее биооптических параметров [16]. В этом смысле концентрацию РОВ, как и концентрацию пигментов фитопланктона, так же можно отнести к одним из важнейших биооптических параметров. Основным источником производства органического вещества в океане являются фитопланктонные сообщества [32, 33]. РОВ непрерывно трансформируется в процессе своего превращения, причем по данным работ [16, 31-34] сам углерод составляет до 50% от всего РОВ.

Основную часть в интенсивность полосы флюоресценции растворенного органического вещества, при возбуждении лазерным излучением, дает именно лабильная часть РОВ или хромофорное (цветное) РОВ — важная фракция общего РОВ. Это РОВ является посредником в проведении фотохимических реакций в морской воде, определяет количество и качество солнечного света, достигающего фотосинтезирующие клетки фитопланктона, формирует цвет океана, который регистрируется спутниковыми сканерами и служит базой для дистанционного зондирования фитопланктонного сообщества. Эта часть представляет наиболее «легко измеряемую» часть РОВ (т.е. то РОВ, которое можно измерять оперативными методами) [35]. В последние годы публикуется довольно много статей, где используются флуориметрические методы для исследования органического вещества в морской воде (включая и нефтяные углеводороды) [27, 31, 36]. Несмотря на то, что в некоторых работах указывается на низкую корреляцию между интенсивностью сигнала флуоресценции и концентрацией общего РОВ [см. например 37], все большее число авторов используют методику лазерной индуцированной флуоресценции, для исследования динамики концентрации флуоресцирующего РОВ в морской воде [29, 35, 38, 39]. Это особенно относится к районам с высокими концентрациями хлорофилла-а, где концентрации лабильной части РОВ приближаются к значению суммарного РОВ.

В работах [19, 40-43] была показана возможность использования метода ЛИФ для проведения сравнительного анализа концентраций хлорофилла-а, полученных с использованием стандартных алгоритмов восстановления значений концентрации по измерению спектра восходящего из морской толщи излучения со спутника и непрерывными измерениями спектров ЛИФ на морской поверхности. Дальнейшая разработка метода ЛИФ для решения задач сравнительного анализа со спутниковыми данными потребовала как дальнейшей разработки аппаратуры для спектроскопии ЛИФ [44, 45], так и методов обработки спектров ЛИФ для определения биооптических параметров морской воды [46-48]. Проведение подобного анализа позволит решать другую важную задачу - разработку региональных биооптических алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных о цвете морской поверхности.

Известно, что основные биооптические параметры морской воды (в том числе и спектры восходящего из морской толщи излучения, т.е. цвет морской поверхности) формируются в основном, в результате биологических процессов [32, 37], протекающих в верхнем слое океана. Определяющими величинами здесь являются концентрация фитопланктона (которая тесным образом связана с концентрацией хлорофилла-а), величина общего РОВ и его компоненты, а так же наличие взвешенных частиц. В настоящее время принято деление морских вод на первый и второй классы, в зависимости от источников поступления суммарного органического вещества в воду. Таким образом, воды классифицируются в зависимости от источников формирования биооптических параметров. Если основной вклад в образование растворенного органического вещества вносит планктон, то воды относят к первому типу, если больший вклад дают другие (помимо планктонного сообщества) источники, то такие воды относят ко второму типу [49]. Принимается во внимание именно РОВ, поскольку, в среднем, взвешенная часть органического вещества не превышает 10% от общего содержания органики [50], как было сказано ранее. Принятая выше классификация хотя и носит качественный характер, но является достаточно значимой в многих задачах оптики океана и, в частности, при создании алгоритмов восстановления концентрации пигментов, входящих в состав клеток фитопланктона, из спектров восходящего из морской толщи излучения. Основные алгоритмы разработаны и хорошо себя зарекомендовали именно в водах первого типа [51, 52]. Для вод второго типа необходимо проводить разработку региональных алгоритмов. Однако, в настоящее время не существует оперативных методов определения типов морских вод, и классификация проводится на основе информации о некоторых усредненных значениях поступления органического вещества в рассматриваемый район, с учетом тех процессов, которые там происходят.

В настоящей работе, исследуется возможность проведения оптической классификации морских вод по спектрам ЛИФ. Предлагается классифицировать воды по зависимости интегрального параметра спектра флюоресценции растворенного органического вещества (РОВ) - Q [53] от значений относительной интенсивности линии флюоресценции основного пигмента клеток фитопланктона - хлорофилла-а (концентраций хлорофилла-а). Несмотря на то, что согласно ряду работ [37, 103] параметр Q сложным образом связан с общей концентрацией РОВ, он характеризует флюоресцирующую часть растворенной и взвешенной органики, которая подвержена дальнейшей трансформации в результате процессов разложения и минерализации (лабильную часть РОВ). В работе [37] приведены результаты исследования зависимости интенсивности полосы флюоресценции (в диапазоне длин волн от 450 до 550 нм при возбуждении ультрафиолетовым излучением от 350 до 390 нм) органического вещества для вод различной трофпости. Показано, что прямой зависимости между интенсивностью флюоресценции и общим содержанием органического углерода нет, однако, прослеживается зависимость между легко разлагающимися фракциями РОВ - белков и содержащих органический фосфор. Согласно [33] именно на не стойкую, быстро разлагающуюся часть РОВ приходится в среднем 75%, и только 25% на стойкий к разложению водный гумус. Однако, в некоторых работах, показана прямая зависимость между интенсивностью флюоресценции РОВ и его концентрацией [35, 39]. В данной работе, на основе большого числа натурных измерений спектров ЛИФ морской воды, выполненных в различных районах Мирового океана, проводится статистический анализ Q-C диаграмм рассеяния. Предложено провести классификацию типов вод и планктонных сообществ, на основе выделения линейных соотношений между основными биооптическими параметрами. В водах такого типа возможно введение параметра, характеризующего линейную связь между основными биооптическими компонентами спектра ЛИФ и, отвечающим за удельное воспроизводство флюоресцирующей части РОВ, фитопланктонным сообществом.

Вторая задача, поставленная в настоящей работе — исследовать возможность применения методики ЛИФ и подобной классификации по типам морских вод в задачах сравнительного анализа со спутниковыми данными о цвете морской поверхности и разработке региональных алгоритмов восстановления концентрации пигментов по данным о цвете морской поверхности. Решение этой задачи потребовало разработки специальных методик сопоставления спутниковых данных о поверхностном распределении полей хлорофилла-а и значений концентраций, полученных на разрезах с использованием ЛИФ спектроскопии. Указанная задача потребовала создания и разработки Геоинформационной системы, в рамках которой проводилась точная координатная привязка результатов измерения спектров ЛИФ и гидрологических параметров верхнего слоя океана, измеряемых одновременно со спектрами ЛИФ морской воды. Такая система разрабатывалась коллективом, в работе которого автор принимал участие [54]. Высокое пространственное разрешение при измерении спектров ЛИФ (порядка 200 м) и точность привязки координат в ГИС обеспечили возможность использования спутниковых данных со сканера SeaWiFS с максимальным пространственным разрешением (порядка одного километра), а так же возможность получения нескольких значений концентрации хлорофилла-а (по методу ЛИФ) внутри одного пикселя на двумерном изображении распределения концентраций с SeaWiFS.

Разработанная методика применена для создания региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а по данным сканера цвета морской поверхности - SeaWiFS, установленного на спутнике SeaStar. С использованием метода ЛИФ проведена корректировка алгоритмов восстановления концентраций хлорофилла-а ОС2 и ОС4. Были использованы результаты экспедиционных исследований, проведенных в период 2001-2004 гг. на акватории Охотского, Японского, Восточно-Китайского, ЮжноКитайского и Красного морей.

Основные задачи, поставленные в данной работе, сформулированы следующим образом:

1. Разработать методику использования лазерной индуцированной флуоресценции для подспутниковых измерений концентраций хлорофилла-а и сопоставления их со спутниковыми данными сканеров цвета морской поверхности.

2. Разработать процедуры, обеспечивающие обработку, привязку к географическим координатам, хранение и накопление спектров ЛИФ, в геоинформационной системе с целью последующего их использования.

3. Исследовать возможность проведения классификации морских вод по параметрам спектров ЛИФ и использование ее при разработке региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из данных сканеров цвета морской поверхности.

4. Разработать региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных о цвете морской поверхности для некоторых районов мирового океана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем основные результаты:

1. Разработана и опробована методика использования лазерной индуцированной флуоресценции в задачах сравнительного анализа судовых измерений со спутниковыми данными цвета морской поверхности (для районов Охотского и Красного морей), которая состоит в следующем:

- Проводятся измерения спектров ЛИФ морской воды и клеток фитопланктона, содержащихся в морской воде исследуемого района.

- Восстанавливаются биооптические компоненты спектров ЛИФ (интенсивности линий флуоресценции основного и дополнительного пигментов, параметр Q, характеризующий флуоресценцию растворенного органического вещества).

- С использованием геоинформационной системы производится восстановление пространственного распределения концентрации хлорофилла-а вдоль маршрута судна и определяется характер статистических связей между биооптическими компонентами морской воды.

- Производится сопоставление пространственного распределения концентрации хлорофилла-а, полученного методом ЛИФ с двумерным распределением концентрации по данным спутникового зондирования, с использованием геоинформационной системы и пакета SeaDas.

- Производится сравнительный анализ судовых и спутниковых данных, разработка региональных алгоритмов на базе этого анализа.

2. Разработаны и интегрированы в геоинформационную систему процедуры, обеспечивающие обработку, хранение, накопление и расчет биооптических компонент спектров лазерной индуцированной флуоресценции. Реализованы процедуры классификации морских вод по характеристикам спектров лазерной индуцированной флуоресценции.

3. Предложена классификация морских вод по биооптическим параметрам спектров лазерной индуцированной флуоресценции и метод ее использования при разработке региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканеров цвета моря.

4. Разработаны региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла-а из спутниковых данных сканера SeaWiFS для районов Охотского моря.

1. Рубин А.Б. Биофизические методы в экологическом мониторинге // Соросовский образовательный журнал. — 2000. — т. 6, №4. — С. 7-13.

2. Фадеев В.В. Нелинейная флуориметрия сложных органических соединений // Соросовский образовательный журнал. — 2000. т. 6, №12. — С. 104-110.

3. Майор А.Ю., Букин О.А., Павлов А.Н., Киселев В.Д. Судовой лазерный флуориметр для исследования спектров флуоресценции морской воды // Приборы и техника эксперимента. 2001. №4. — С. 151-154.

4. Ерлов Н.Г. Оптика моря. JI.: Гидрометеоиздат, 1980. 248 с.

5. Шифрин К.С. Введение в оптику океана Л.: Гидрометеоиздат, 1983. -280 с.

6. Balch W., Evans R., Brown J., Feldman G., McClain Ch. and Esaias W. The remote sensing of ocean primary productivity: use of a new data compilation to test satellite algorithms // Journal of geophysical research. 1992. - Vol. 97, №C2. -P. 2279-2293.

7. Lee Z.P., Carder K.L., Peacock T.G., Davis C.O. and Mueller J.L. Method to derive ocean absorption coefficient from remote sensing reflectance // Applied Optics. 1996. - Vol. 35. - P. 463-474.

8. Букин O.A., Пермяков M.C., Майор А.Ю., Павлов А.Н. и др. Связь параметров спектров флуоресценции морской воды, возбуждаемых лазерным излучением, с типом морских вод // Оптика атмосферы и океана. 2000. - т.13, №11.-С. 1011-1014.

9. Tassan S. Local algorithms using SeaWiFS data for the retrieval of phytoplankton, pigments, suspended sediment, and yellow substance in coastal waters // Applied Optics. 1994. - Vol. 33, № 12. - P. 2369-2378.

10. Spinrad R.W., Carden K.L., Parry M.J. Ocean Optics. Oxford University press: New York, Glarendon press: Oxford. 1994. 283 p.

11. Клышко Д.Н. Фадеев В.В. Дистанционное определение концентрации примесей в воде методом лазерной спектроскопии с калибровкой по комбинационному рассеянию//ДАН СССР. 1978.-т. 238.-С. 320-323.

12. Иванов И.Г., Фадеев В.В. Лазерная флуоресцентная диагностика фитопланктона в режиме насыщения // Квантовая электроника 1988. - т. 15, №1. - С. 191-197.

13. Pedersen J.P., Seljelv L.G., Bauna еТ., Strom G.D., Folium О.A., Andersen J.H., Wahl Т., Skoelv A. Operational oil monitoring at sea with spaceborne radar // Исследование земли из космоса. 1998. № 2. - С. 117-124.

14. Gordon H.R., Clark D.K., Brown J.W., Brown O.B., Evans R.H., Broenkow W.W. Phytoplankton pigment concentrations in the Middle Atlantic Bight: comparison of ship determinations and CZCS estimates // Applied Optics. 1983. -Vol. 22, № l.-P. 20-36.

15. Бункин Ф.В., Бункин А.Ф. Лидарное зондирование водоемов, почвы и растительности // Оптика атмосферы и океана. 2000. - т.13, №1. - С. 63-69.

16. Hoge F.E., Wright C.W., Krabill W.B., Butzen R.R., Gilbert G.D., Swift R.N., Yungel J.K. and Berry R.E. Airborne lidar detection of subsurface oceanic scattering layers //Applied Optics. 1988. - Vol. 27. - P. 3669.

17. Глушков C.M., Фадеев B.B., Чубаров B.B. Лазерные спектрометры для диагностики органических примесей в природных водах // Оптика атмосферы и океана. 1994. - т. 7, №4. - С. 464-473.

18. Чубаров В.В. Определение органических примесей в воде методом лазерной флуорометрии с калибровкой по комбинационному рассеянию света: Диссертация канд. физ. -мат. наук. 1984. 199 с.

19. Barbini R., Colao F., Fantoni R., Ribezzo A. Differential lidar fluorosensor system used for phytoplankton bloom and sea water quality monitoring in Antarctica // International Journal of Remote Sensing 2001.- Vol. 22, №2/3. - P. 369-384.

20. Guo L., Santchi P.H., Warnken K.W. Dynamics of dissolved organic carbon (DOC) in oceanic environments // Limnology and Oceanography. 1995. Vol. 40,№8.-P. 1392-1403.

21. Скопинцев Б.А. Новые данные о природе органического вещества океанских вод и его энергетические ресурсы // Океанология. 1981. - т. 21, вып. 5.-С. 821-830.

22. Атлантический океан. / Под ред. O.K. Леонтьева. М: Мысль, 1977. — 296 с.

23. Norrman В., Zweifel U.L. Production and utilization of dissolved organic carbon during an experimental diatom bloom // Limnology and Oceanography. — 1995. Vol. 40, № 5. - P. 898-907.

24. Robert F. Chen. In situ fluorescence measurements in coastal waters // Organic Geochemistry. 1999. - № 30. - P. 397-409.

25. Глушков C.M., Фадеев B.B., Филиппова E.M., Чубаров В.В. Проблемы лазерной флюорометрии органических примесей в природных водах // Оптика атмосферы и океана. 1994. - т. 7, № 4. - С. 433-449.

26. Карабашев Г.С., Агатова А.И. О соотношении интенсивности флуоресценции и концентрации растворенных органических веществ в водах океана // Океанология. 1984. - т. 24, вып. 6. - С. 906-909.

27. Пелевин В.Н., Абрамов О.И., Карлсен Г.Г., Пелевин В.В., Строгов A.M., Хлебников Д.В. Лазерное зондирование поверхностных вод Атлантики и морей омывающих Европу // Оптика атмосферы и океана. 2001. — т. 14, № 8. -С. 704-709.

28. Drozdowska V., Babichenko S., Lisin A. Natural water fluorescence characteristics based on lidar investigations of a surface water layer polluted by an oil film; the Baltic cruise May 2000 // Oceanologia. - 2002. - № 44(3). - P. 339-354.

29. Букин O.A., Зинин Ю.А., Свириденков Э.А., Сушилов II.В., Эдуардов С.Л. Определение макросостава морской воды методом лазерной искровой спектроскопии // Оптика атмосферы и океана. — 1992. т. 5, №11. - С. 1213-1216.

30. Майор А.Ю., Разработка методов лазерной эмиссионной спектроскопии и лазерной флуориметрии для исследования состава морской воды: Диссертация канд. физ.-мат. наук. Владивосток. 1998. — 150 с.

31. Букин О.А., Пермяков М.С., Майор А.Ю., Сагалаев С.Г. и др. О калибровке метода лазерной флюорометрии при измерении концентрации хлорофилла А //Оптика атмосферы и океана. -2001. т. 14, №3. - С. 28-32.

32. Maleenok A.V., Bukin О.A., Permyakov M.S., Mayor A.Y., Tchecunkova V.S., Skorokhod G.V. Investigation of the laser-induced fluorescence spectra for different seawater cases // Proceedings SPIE. 2001. - №4154-25. - P. 174-178.

33. Richard W. Gould, Jr. ,Robert A. Arnone, and Paul M. Martinolich Spectral dependence of scattering coefficient in case 1 and 2 waters // Applied Optics. 1999. - Vol. 38, №12. - P. 2377-2283.

34. Laodong Guo, Peter H. Santchi and Kent W. Warnken Dynamics of dissolved organic carbon (DOC) in oceanic environments // Limnology and Oceanography. 1995. -№ 40 (8). - P. 1392-1403.

35. Букин O.A. Дальневосточный плавучий экологический университет: отчет по экспедиции на ПУС «Надежда» / Морской государственный университет им. Г.И. Невельского; проект № СО 148. Владивосток, - 2000. -24 с.

36. Подопригора E.JL, Чистяков Т.С., Хованец В.А., Пермяков М.С. Геоинформационная система мониторинга океана и атмосферы // Исследовано в России. 2003. № 128. - С. 1517-1526. http://zhurnal.ape.relarn.ru/artic1es/2003/128.pdf.

37. Вукс М.Ф. Рассеяние света в газах, жидкостях и растворах. Л.: изд-во Ленинградского университета, 1977. — 320 с.

38. Шанда Э. Физические основы дистанционного зондирования / Пер. с англ. Столярова И.А. М.: Недра, 1990. - 208 с.

39. Фадеев В.В., Чекалюк A.M., Чубаров В.В. Нелинейная лазерная флуориметрия сложных органических соединений // ДАН СССР. 1982. - т. 262, №2.-С. 338-341.

40. Hoge F.E., Swift R.N. Airborne simultaneous spectroscopic detection of laser-induced water Raman backscatter and fluorescence from chlorophyll a and other naturally occurring pigments // Applied optics. 1981. - Vol. 20, № 18. - P. 3197-3205.

41. Exton R.J., Houghton W.M., Esaias W., Harriss R.C., Farmer F.H. and White H.H. Laboratory analysis of techniques for remote sensing of estuarine parameters using laser excitation // Applied optics. 1983. - Vol. 22, № 1. - P. 5464.

42. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование: Пер. с англ. Городецкого И.Г., Филюшкина В.В. М.: Мир, 1987. - 550 с.

43. Measures R.M., Pilon G. A Study of Tunable Laser Techniques for Remote Mapping of Specific Gaseous Constituents of the Atmosphere // Optoelectronics. 1972.- № 4. P. 141-153.

44. Wang C.P. Application of Lasers in Atmospheric Probing // Acta Astronaut.- 1974. -№ l.-P. 105-123.

45. Byer R.L. Remote Air pollution Measurement // Optical and Quantum Electronics. 1975. -№ 7, p. 147-177.

46. Справочник по геофизике и космическому пространству / Под ред. C.JI. Валлея и Мак Гроу-Хилла. Ныо-Йорк, 1965. - 572 с.

47. Бондур В.Г. Принципы построения космической системы мониторинга Земли в экологических и природно-ресурсных целях // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 1995.- № 1-2.- С. 14-38.

48. Бондур В.Г. Мониторинг окружающей среды. Курс лекций. Московский государственный университет геодезии и картографии. — Москва, 1993.-426 с.

49. Бондур В.Г., Воляк К.И. Оптический пространственный спектральный анализ изображений морской поверхности. Исследования по гидрофизике // Тр. ФИАН СССР. М.: Наука, 1984, - С. 63-78.

50. Бондур В.Г. Методы моделирования полей излучения на входе аэрокосмических систем дистанционного зондирования // Исследование Земли из космоса. 2000. - №5. с. 16-27.

51. Бондур В.Г., Шарков Е.А. Статистические характеристики пенных структур на поверхности моря по данным оптического зондирования // Исследование Земли из космоса. 1986. - № 4. - С. 21-31.

52. Бондур В.Г. Модели полей излучения для систем дистанционного зондирования. Курс лекций. Московский государственный университет геодезии и картографии. Москва, 1991. - 389 с.

53. Бондур В.Г. Дистанционная оптическая пространственно частотная спектрометрия в задачах создания аэрокосмических систем глобального наблюдения. -М.: ЦНИИ "Комета", 1990, - 501 с.

54. Бондур В.Г. Оперативная дистанционная оценка состояния границы раздела атмосфера-океан по пространственным спектрам изображений // Вкниге "Оптико-метеорологические исследования земной атмосферы". — Новосибирск. Наука, 1987,-С. 17-30.

55. Бондур В.Г., Мурынин А.Б. Восстановление спектров поверхностного волнения по спектрам изображений с учетом нелинейной модуляции поля яркости // Оптика атмосферы. — 1991. т. 4, №4. - С. 387-393.

56. Yentsch, C.Z. The influence of phytoplankton pigments on the color of seawater // Deep Sea Res. 1960. № 7. - C. 1-9.

57. Sathyendranath, S., and A.Morel Light emerging from the sea interpretation and uses in remote sensing. In: Cracknell,A.P.(ed), Remote sensing applications in marine science and technology, Dirdrecht, D.Reidel, 1983. - P. 323-358.

58. Нелепо Б.А., Коротаев Г.К., Суетин B.C., Терехин Ю.В. Исследование океана из космоса. Киев: Наукова думка, 1985. - 168 с.

59. Ilojerslev N.K., Assessment of some suggested algorithms on sea colour and surface chlorophyll // Rep. Inst. Phys. Oceanogr., Univ. Copenhagen. 1984. № 26.-P. 347-353.

60. Clark G.L., Ewing G.C., and Lorenzen CJ. Spectra of backscattered light from the sea obtained from aircraft as a measure of chlorophyll concentration // Science. 1970. № 167. - P. 1119.

61. Kattawar G.W. and Humphreys T.J. Remote sensing of chlorophyll in an atmosphere ocean environment: a theoretical study // Applied Optics. — 1976. — Vol.15, № l.-P. 273-282.

62. Войтов В.И., Буренков В.И., Судьбин А.И. и др. Оптика океана, Т. 2. Прикладная оптика океана. М.: Наука, 1983, - 236 с.

63. Gordon H.R., Morel A. Remote assessment of ocean color for interpretation of satellite visible imagery. / A review. N.Y., Springer, 1983, — 114 p.78. http://seawifs.gsfc.nasa.gov/

64. Gregg W.W., Frederick S.Patt, and Robert Woodward. The Simulated SeaWiFS Data Set // S.B.Hooker, E.R.Firestone, NASA Technical Memorandum 104566. 1993. - Vol. 15. - P.2-3.

65. McClain C.R., Esaias W.E., Barnes W. et al. Calibration and validation plan for SeaWiFS // S.B. Hooker, E.R.Firestone NASA Technical Memorandum 104566. Greenbelt, Maryland: NASA Goddard Space Flight Center. 1992. - Vol. 3. -P.41.

66. Mueller J.L., Austin R.W. Ocean Optics Protocols //S.B. Hooker, E.R.Firestone NASA Technical Memorandum 104566. Greenbelt, Maryland: NASA Goddard Space Flight Center. 1992. - Vol. 5. - P.43.

67. Siegel D.A., O'Brien M.C., Sorensen J.C. et al. Results of the SeaWiFS Data Analysis// S.B.Hooker, E.R.Firestone NASA Technical Memorandum 104566. Greenbelt, Maryland: NASA Goddard Space Flight Center. 1995. - Vol. 26. - P.58.

68. Fu G., Karen Settle Baith, Charles R. McClain. SeaDAS: The SeaWiFS Data Analysis System// Proceedings of the 4-th Pacific Ocean Remote Sensing Conference. Qingdao. China. 1998. - P.73-77.

69. Джасим С.Я., Серов Н.Я., Фадеев B.B., Чекалюк A.M. Насыщение флуоресценции растворов сложных органических соединений при импульсном лазерном возбуждении // Квантовая электроника. — 1991. — т. 18, № 4. С. 425429.

70. Тяпкин В.А., Лысун В.Н., Букин О.А., Столярчук С.Ю., Павлов А.Н. Малогабаритный блок питания для твердотельного лазера и оптического усилителя // ПТЭ- 1986. №2. С. 176-177.

71. Bukin О.А., Pavlov A.N., Permyakov M.S. et al. Comparision some results of pigment concentration measured by satellite and shipborne remote sensing methods // Proceedings SPIE. 2001. № 4154-25. - P. 71-76.

72. Fofonoff N.P. and R.C. Millard Jr. Algoritms for computation of fundamental properties of seawater. -Unesco, 1983.

73. Васильков А.П., Кельбалиханов Б.Ф. Дистанционные оптические пассивные методы исследования океана. — Сыктывкар: Научный центр УрО АН СССР, 1991,-107 с.

74. Буренков В.И., Ведерников В.И., Ершова С.В., Шеберстов С.В., Копелевш О.В. Использование данных спутникового сканера цвета SeaWiFS для оценки биооптических характеристик вод Баренцева моря // Океанология. 2001. — т. 41,№4.-С.485-492.

75. O'Reilly J. Е., Maritorena S., Mitchell В. G., Siegle D. A., Carder K. L., Garver S. A., Kahru M., and McClain C. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS // Journal of Geophysical Research. 1998. - Vol. 103, № СИ. - P. 24937-24953.

76. O'Reilly at all, Ocean Color Chlorophyll a Algorithms for SeaWiFS, OC2 and OC4: Version 4, NASA Technical Memorandum 2000-206892, Volume 11.

77. Gordon II.R., Removal of atmospheric effects from Satellite imagery of the ocean//Applied Optics.- 1978.-Vol. 17, №10.-P. 1631-1636.

78. Шифрин K.C., Волгин B.H., Волков Б.Н., Ершов О.А., Смирнов А.В. Оптическая толщина аэрозольной атмосферы над морем // Исследование Земли из космоса. 1985. № 4. - С. 21-30.96. http://daac.gsfc.nasa.gov/data/dataset/SEAWIFS/01 Data Products/index.html

79. Smith R.S., Brown О.В., Hoge F.E., et al. Multiplatform sampling (ship, aircraft, and satellite) of a Gulf Stream warm core ring // Applied Optics. 1987. Vol. 26, № 11. - P. 2068-2081.

80. Patt F., Eplee R., Franz Jr. В., Robinson W. SeaWiFS operational archive products specifications, Version 4.1, October 25, 2002.

81. Hooker S.B., McClain C.R. The calibration and validation of SeaWiFS data // Progress in Oceanography. 2000. - Vol. 45. - P. 427-465.

82. Крылов Г.Д. Основы стандартизации сертификации и метрологии: Учебник для вузов. М: Аудит ЮНИТИ, 1998. 525 с.

83. Campbell J.W., Blaisdell J.M., and Darzi M. Lavel-3 SeaWiFS Data Products: Spatial and Temporal Binning Algorithms NASA Technical Memorandum 104566. 1995. - Vol. 32. - 73 p.

84. Гидрометеорология и гидрохимия морей т. 9. Охотское море. / Под ред. Терзиева Ф.С. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1993. - 167 с.