Исследования состояния поверхностных вод восточной части

Исследования состояния
поверхностных вод восточной
части Финского залива на основе
спутниковой информации
Минаков Е.П.*, Чичкова Е.Ф.*, Морозов Л.А. **
* Государственный научный центр РФ ЦНИИ робототехники и
технической кибернетики, С-Петербург
**Российский государственный гидрометеорологический
университет, С-Петербург
2008
Тематические задачи мониторинга по данным
MODIS/Terra, AVHRR/NOAA в 2008г
• восстановление количественных параметров
поверхности воды с разрешением 1 км (температура,
содержание хлорофилла «а», коэффициент
ослабления);
• определение зон повышенной мутности и ареалов
интенсивного развития фитопланктона по снимкам
250 метрового пространственного разрешения;
• анализ пространственно-временной изменчивости
исследуемых параметров водной среды
Валидация алгоритма восстановления
температуры поверхности воды по данным
спектрометра MODIS / Terra, для акватории
Финского залива
Исходная информация (период 2005-2007 гг) :
•
Экспедиционные исследования на парусном катамаране
"Centaurus-II", гидрографическом судне "Сибиряков" и НИС
"Профессор Штокман".
•
Материалы станций гидрологической сети СанктПетербургского Центра по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды.
•
Исходная спутниковая информация Государственного научного
центра России ЦНИИ робототехники и технической
кибернетики.
Карта пространственного распределения
температуры поверхности воды в Финском
заливе
3 июня 2007 года, 9 часов 50 минут.
Результаты регрессионного анализа
20
15
о
( С)
Температура вода с спутника
25
10
5
y = 0,9567x + 0,2364
0
0
5
10
15
20
25
o
Температура воды in situ ( C)
ТПВ in situ
ТПВ in situ рассчитанный
Линейный (ТПВ in situ рассчитанный)
Регрессионная зависимость между температурой поверхности воды,
рассчитанной по спутниковым наблюдениям и температурой,
измеренной контактными методами (66 пар значений). R=0.96
График временной зависимости
ранжированных значений температуры
поверхности воды, рассчитанных по
спутниковым наблюдениям и измеренных
контактными методами
Температура воды (оС)
25
20
15
10
5
0
1
6
11
16
21
26
ТПВ терра
31
36
41
46
51
56
61
66
ТПВ in situ
•
Выделенные диапазоны: 0оС – 4оС, 4оС - 7оС, 7оС – 23.3оС.
•
Среднее отклонения значений температуры на выделенных диапазонах
составило: 2.19оС, -1.06оС, 0.33оС соответственно.
Результаты регрессионного анализа
25
Температура водыin situ ( C)
o
20
15
10
5
y = 0,8567x + 1,606
0
5
10
15
20
o
Температура воды поMODIS/Terra ( C)
20
15
10
5
y = 0,7863x + 1,7367
0
25
0
5
10
15
20
25
o
Температура воды по AVHRR/NOAA ( C)
ТПВ in situ
ТПВ in situ
Предсказанное ТПВ in situ
Предсказанное ТПВ in situ
Линейный (Предсказанное ТПВ in
25
o
0
Температура воды по "Terra" ( C)
o
Температура водыin situ ( C)
25
20
15
10
5
y = 0,9185x + 0,1422
0
0
5
10
15
20
25
o
Температура воды по AVHRR/NOAA ( C)
ТПВ терра
Предсказанное ТПВ терра
Линейный (Предсказанное ТПВ терра )
Регрессионные зависимости между температурой поверхности воды,
рассчитанной различными методами (31 пара значений) Коэффициенты
корреляции равны 0.98, 0.96 и 0.95 соответственно.
Восстановленные по спутниковым данным
MODIS / Aqua параметры воды
31 июля 2008г 10:55 GMT
Коэффициент диффузного
ослабления Kd (м-1)
Содержание хлорофилла «а» (мг/м3)
Температура
поверхности воды
60.5 N
36F
F5
4UGMS
10F2GM
1F5
6F
1GM
2fg
F10
F7
2F
FZ1
60.0 N
32F
31F
Сопоставление натурных
измерений с
восстановленными
параметрами по
спутниковым данными
GF5
59.5 N
№
Название
станции
1
Широта
Долгота
60,13
27,43
4UGMS
2
59,80
59,87
32F
Прозрачность
воды по диску
Секки
(м)
10:20 / 10:55
2,9
14:00 / 10:55
3,5
27,13
31F
3
Время
in situ/
спутник.
GMT
27,12
16:50 / 10:55
3,0
Kd (м-1)
/глубина
ослабления
(м)
Хлорофилл
спутник.
(мг/м3)
Хлорофилл
in situ
(мг/м3)
0,49 / 2,1
15,09
5,83
0,37 / 2,7
9.20
-
0,35 / 2,9
9,64
1,63
Восточная часть Финского залива 31 июля 2008г
10:55 GMT – зоны повышенной мутности
Восточная часть Финского залива , май 2008
- зоны повышенной мутности
02.05.2008
17.05.2008
Восточная часть Финского залива , июнь 2008
- зоны повышенной мутности
27.06.2008
22.06.2008
Температура поверхности
воды, 1км, NOAA/AVHRR,
27.06 2008 ветер ю-з, нагон
Восточная часть Финского залива ,
08.10.2008 - зоны повышенной мутности
Выводы:
•
•
•
•
•
•
- зоны повышенной мутности, обнаруживаемые по спутниковым MODIS
/ EOS данным носят природный и антропогенный характер:
взвешенные вещества, как результат техногенного воздействия при
производстве гидротехнических работ, биогенные компоненты
продуктов цветения водорослей, илистые взвеси;
- в период с мая по октябрь 2008г. основными источниками
повышенной мутности в акватории восточной части Финского залива
были производимые гидротехнические работы по строительству КСЗ,
Морского фасада, и Лужского порта. Большие по площади и
интенсивности зоны загрязнения образуются при одновременном
производстве работ;
- максимальные по площади и по интенсивности зоны повышенной
мутности в Невской губе и прилегающей территории Финского залива
были обнаружены 19, 22, 27 июня, 23 июля и 12,14, 23 августа;
- формирование зоны сильного (максимального для 2008г)
загрязнения в Невской губе и районе строительства КЗС усиливается
явлением нагона под воздействием юго-западного ветра.
- изменчивость в распределении зон повышенной мутности при
умеренном прессинге гидротехнических работ обусловлена
воздействием гидрометеопараметров;
- цветение воды сине-зелеными водорослями было зафиксировано 31
июля и 25 сентября.
Спасибо за внимание