Как ученые исследуют влияние атмосферы на оптику водохранилищ

На спутниковых снимках водная поверхность часто оказывается не совсем такой, какая она есть на самом деле. Виной всему атмосферный аэрозоль, состоящий из мелких частиц пыли, дыма и других загрязнений в воздухе. Они искажают изображение, поэтому при обработке данных дистанционного зондирования воды важно понимать, какой именно аэрозоль присутствует в атмосфере.

Особенно актуальна эта проблема для внутренних водоемов, на которые сильнее влияют частицы, приносимые ветром с суши. К таким относятся крупнейшие водохранилища Волги — Горьковское и Чебоксарское. Чтобы разобраться в оптическом воздействии атмосферы на эти водоемы, ученые из Морского гидрофизического института РАН (Севастополь) и Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) провели специальное исследование.

«Горьковское и Чебоксарское водохранилища являются внутренними эвтрофными водоемами, географическое расположение и размер которых во многих случаях не позволяют получить объективные спутниковые оптические и гидрофизические характеристики. Оба водоема сильно подвержены влиянию континентального аэрозоля, так как окружены со всех сторон сушей. Наша цель заключалась в получении оптических характеристик атмосферы над этими водоемами для определения фоновых региональных характеристик аэрозоля и выявления событий, связанных с переносом поглощающего аэрозоля в исследуемые регионы за период 2022–2023 годов»,— рассказывает первый автор статьи научный сотрудник отдела оптики и биофизики моря ФГБУН ФИЦ МГИ Дарья Калинская.

Для получения фотометрических данных ученые провели несколько экспедиций на научно-исследовательском судне «Геофизик». Измерения проводились в исключительно ясную безоблачную погоду. Результаты позволили определить фоновый «чистый» уровень аэрозоля для региона водохранилищ. Авторы проанализировали временную изменчивость аэрозольной оптической толщины и других параметров, а также использовали спутниковые данные для идентификации источников аэрозольной активности.

«В ходе исследования были выявлены случаи переноса пыли (13 апреля 2022 года и 14 апреля 2023 года), а также наличие дымового аэрозоля в атмосфере над регионом Горьковского водохранилища (летом 2022 года). Случаи присутствия пустынной пыли над Горьковским водохранилищем были подтверждены натурными, спутниковыми и модельными данными»,— пояснила Дарья Калинская.

По словам исследователей, результаты работы носят региональный характер, но важны для тестирования стандартных алгоритмов обработки спутниковых снимков.

«Наше исследование показало, что качество работы региональных алгоритмов атмосферной коррекции, рассмотренное на примере Горьковского и Чебоксарского водохранилищ, зависит от учета поглощающих и рассеивающих свойств аэрозоля в атмосфере над исследуемым регионом, а также от оценки размера аэрозольных частиц. Аэрозоль пыли пустынь содержит как мелко, так и крупнодисперсные частицы, которые могут непосредственно влиять на температуру поверхностных вод в пресноводных водоемах и абсолютную влажность воздуха над внутренними водными акваториями»,— заключила ученый.

Таким образом, комплексное изучение аэрозольных характеристик атмосферы над водохранилищами Волги позволило получить ценные региональные данные для задач мониторинга и спутникового зондирования водных объектов. Дальнейшие исследования ученых будут направлены на совершенствование методов атмосферной коррекции с учетом выявленных особенностей аэрозоля. Используя результаты исследования эвтрофных водоемов Горьковского и Чебоксарского водохранилищ ученые проведут сравнительный анализ оптических свойств Черного моря и других водоемов России.

Исследование проводилось в рамках гранта Российского научного фонда №23-17-00071 и Федеральной программы академического лидерства «Приоритет–2030» Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского.

Использованы материалы статьи.
Подготовлено при поддержке Минобрнауки