Поиск - новости науки и техники

Все оттенки синего. У моря есть причины менять цвет.

Павел САЛЮК родился во Владивостоке и, наверное, поэтому связал свою жизнь с морем. Еще студентом Дальневосточного университета, где он учился на физика, побывал в больших морских экспедициях. Участие в исследованиях, которые доверили будущему ученому, окончательно определило выбор профессии. Готовя диплом, он уже знал, что будет работать в Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН. Здесь защитил кандидатскую диссертацию, стал доцентом и сейчас руководит лабораторией лазерной оптики и спектроскопии. Его научные проекты не раз получали высокую оценку экспертов. Вот и в прошлом году он оказался одним из победителей конкурса по государственной поддержке молодых российских ученых – кандидатов наук. Тема гранта предполагает исследование особенностей формирования цвета морской поверхности в дальневосточных морях и Восточной Арктике. Что же удалось узнать о меняющихся оттенках моря?

– Цвет поверхности – один из основных параметров моря, – объясняет Павел Анатольевич. – Его можно измерять дистанционно с борта судна, морских станций, летательных аппаратов. А благодаря спутникам удается также быстро получать данные на обширных акваториях Мирового океана и изучать различные процессы (включая климатические изменения) в широком диапазоне пространственно-временных масштабов. Специальные приборы, установленные на современных космических аппаратах, движущихся по солнечно-синхронизированным орбитам, позволяют за одни сутки сканировать всю территорию Земли с разрешением от 250 м. И, конечно, дают возможность отслеживать состояние океанских просторов.
В последнее время развиваются методы измерений, проводимых с помощью геостационарных спутников. Благодаря такому зондированию удается получать данные о верхнем слое морской воды в течение дня. При этом меньше зависимости от облаков и больше возможностей для анализа суточных вариаций.
На картах пространственного распределения цвета морской поверхности можно наблюдать различные океанографические процессы. В некоторых случаях они становятся более информативными – если предоставляется возможность провести сравнение с другими спутниковыми данными, такими как температура, высота уровня моря, с измерениями в микроволновом диапазоне.
– Что влияет на изменение цвета: природное или антропогенное воздействие?
– Здесь нет однозначного ответа, и то, и другое может вызвать такие явления. Надо понимать, что оптические свойства воды меняются в зависимости от разных факторов: параметров падающего солнечного излучения, волнения морской поверхности, наличия в воде таких оптически-активных компонентов (ОАК), как фитопланктон, окрашенные растворенные органические и взвешенные вещества. К серьезным проблемам, осложняющим дистанционное измерение цвета океана, относятся, во-первых, особенности спектров поглощения ОАК воды (они накладываются друг на друга), а во-вторых, зависимость регистрируемых данных от глубины проникновения света под воду. Так как эти компоненты связаны с биологическими процессами, наличием загрязняющих и поступающих из рек веществ в морской воде, то, решая задачи по восстановлению параметров ОАК, можно выявлять и изучать механизмы различных явлений. То есть работы по определению цвета морской поверхности дают выход на множество новых интересных проблем, ждущих своего исследователя. Это очень здорово!
При оценке дистанционных данных приходится учитывать еще один важный фактор, сказывающийся на величине сигнала, дошедшего от морской поверхности до спутниковых детекторов, – мощное влияние на него атмосферы. С одной стороны, это плохо, так как требует проведения атмосферной коррекции спутниковых данных. А с другой – благодаря взаимному использованию моделей формирования цвета морской поверхности и распространения света в атмосфере можно вычислять дополнительные параметры атмосферы, например аэрозольную оптическую толщину и коэффициент Ангстрема, и переходить к задачам идентификации различных типов атмосферных аэрозолей.
– В чем особенность цвета и его формирования в дальневосточных морях и Восточной Арктике?
– Особенности есть в каждом регионе, а использование стандартных спутниковых алгоритмов не всегда достоверно описывает ситуацию, поэтому региональные модели разрабатываются и корректируются с учетом новых данных. Для нас это особенно актуально, так как специалисты НАСА при разработке стандартных алгоритмов практически не используют подспутниковые измерения (полученные на морской поверхности для калибровки спутниковых данных) из морей Дальнего Востока и Восточной Арктики. К особенностям нашего региона, которые также приходится учитывать, относятся перенос азиатской пыли через Японское море, периодические извержения вулканов на островах Курильской гряды и Камчатке, стоки крупных рек (таких как Амур и Лена). Надо принимать во внимание и уникальные океанографические процессы (например, подъем глубинных вод в районе банки Кашеварова и хребта Витязь), пониженные концентрации атмосферного аэрозоля, особые виды и поведение клеток фитопланктона в Арктике. Все это нестандартно сказывается на расслоении вод либо на спектральных особенностях биокомпонентов воды. Подобные нюансы, разумеется, не учитываются при спутниковом зондировании, данные которого не могут считаться полностью достоверными.
– Какую проблему решаете вы?
– Это скорее не проблема, а стремление определить и учесть все региональные факторы, которые могут повлиять на формирование цвета морской поверхности в дальневосточных морях и Восточной Арктике. Перечень, который я уже привел, – это лишь малая часть задач. Использование стандартных алгоритмов приводит к существенным ошибкам в районах с “нестандартными” параметрами. Хорошо, если просто уменьшается точность определения некоторых характеристик морской воды. Намного серьезнее, когда влияние какого-то природного процесса ведет к “ложным срабатываниям” алгоритмов и, значит, ложной интерпретации данных, что может стать острой темой для дискуссий, в частности, при обсуждении климатических изменений. Как пример можно выделить следующие распространенные ошибки данных в оптическом диапазоне. Первая из них касается дополнительного содержания окрашенных растворенных органических веществ (РОВ) в воде или пылевого аэрозоля в атмосфере, что дает завышенное значение хлорофилла а (особой формы хлорофилла) в данных со спутника. Вторая вызвана тем, что изменение глубины залегания фитопланктона интерпретируется как изменение его концентрации. И это еще не все, есть вопросы, связанные с различием в видовом составе и функциональном состоянии клеток фитопланктона, особенностями типов РОВ и низкими углами солнца в Арктике.
– Многие сведения, как я понимаю, можно получить лишь во время экспедиций. Поделитесь подробностями.
– Мне посчастливилось принять участие в восьми крупных морских экспедициях, организованных в рамках проекта “Дальневосточный плавучий университет”. Хотелось бы отметить такие, как второй этап кругосветного плавания на паруснике “Надежда” в 2003-2004 годах, экспедиции к вулкану Пик Сарычева в 2009-2010 годах, а также последний поход в район Восточной Арктики на учебном судне “Профессор Хлюстин” в 2013-м. Каждая из них была по-своему интересна. В кругосветке удалось посмотреть множество стран, познакомиться с культурой разных народов, а главное – собрать обширный исследовательский материал, в том числе и для подготовки кандидатской диссертации. В ежегодных экспедициях по дальневосточным морям и в Восточной Арктике получены уникальные данные при посещении таких природных объектов, как острова Янкича и Матуа, эстуарий реки Амур, Сахалинский залив, банка Кашеварова, хребет Витязь, пролив Беринга и Лонга.
Во время экспедиций произошло много интересных событий. Одно из самых ярких – “морское посвящение” на борту парусника “Надежда” при пересечении экватора. Кроме меня обряд прошли большинство членов экипажа, которых на борту судна было около 150. Еще вспоминаются прохождение мыса Горн и острова Пасхи, недельное ожидание в проливе Лонга из-за ледяного затора и последовавшая за этим проводка за атомным ледоколом “Таймыр”. В общем, много чего можно рассказать.
– Кто еще занимается подобными исследованиями и с кем вы взаимодействуете?
– В нашей стране один из крупнейших центров в этой области науки – Институт океанологии им. П.П.Ширшова. Для нас ученые, которые работают в нем и его филиалах, – “классики жанра”. Можно выделить Морской гидрофизический институт в Севастополе и Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена в Санкт-Петербурге. Во Владивостоке у нас сложились хорошие отношения с коллективами других институтов ДВО РАН, таких как Институт автоматики и процессов управления, Институт биологии моря им. А.В.Жирмунского и Морской государственный университет им. адмирала Г.И.Невельского. В совместных исследованиях мы решаем вопросы, связанные с распространением излучения в атмосфере, оптикой океана, обработкой спутниковых данных, видовым составом клеток фитопланктона, производством первичной продукции, экологическим мониторингом.
– Можете поделиться результатами исследований?
– Как я уже сказал, главная особенность исследований – это наш регион. Большое внимание мы уделяем разделению вкладов различных оптически-активных компонентов морской воды в цвет моря. Только такой подход позволит уйти от непрерывных калибровочных измерений, позволит создать более универсальные биооптические алгоритмы и получить более корректный результат. Исследования, которые мы ведем совместно с группой, изучающей процессы в атмосфере, дают нам возможность разработать алгоритмы атмосферной коррекции и алгоритмы детектирования пылевого аэрозоля. Хотим также усилить базовую часть, связанную с моделированием распределения оптически-активных компонентов воды по глубине, для этого необходимо привлечь океанологов и биофизиков. В общем, расширяем контакты и стараемся всех заинтересовать нашей задачей.
– Можно ли ожидать, что ваши работы найдут применение в практике?
– Безусловно, мы задумываемся и о реализацию результатов наших исследований.
Взять такое направление, как разделение вкладов различных оптически-активных компонентов морской воды в цвет моря. Полученные при изучении этой проблемы наработки пригодятся при решении некоторых принципиально новых задач, например при воспроизводстве органических веществ клетками фитопланктона. Спутниковые данные по цвету моря можно использовать как в фундаментальных исследованиях климатообразующих факторов и изменений климата, так и в прикладных задачах – для экологического мониторинга, детектирования “красных приливов”, оценки ледовой обстановки и обеспечения безопасности судоходства. Но все это не так просто.
В вопросах прикладного использования результатов исследований мы сотрудничаем с МГУ им. адмирала Г.И.Невельского – занимаемся оценкой нефтяных разливов, сточных вод с судов и повышением безопасности и эффективности судоходства с использованием спутниковых данных, в том числе касающихся цвета морской поверхности.
– Что дальше?
– Планы на будущее связаны, в частности, с проведением морских экспедиций. Хотелось бы больше внимания уделить Восточной Арктике, северо-западной части Охотского моря, Курильской гряде. Это интересные и уникальные природные районы, там еще много белых пятен.

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото предоставлено П.Салюком

Нет комментариев