Разработка и создание информационной технологии дистанционного определения параметров первичной продуктивности в системах мониторинга океана
Диссертация
Автор выражает искренние благодарности: научному руководителю А. А. Романову за помощь в постановке задачи и всестороннюю поддержку в ходе работыруководству СахНИРО и лично Г. А. Кантакову за помощь в организации подспутниковых экспериментовсотрудникам СахНИРО K.JI. Пузанкову за осуществление приёма спутниковой информации по цвету океана и ТПО, Л. Ю. Гавриной и Е. Н. Фомиченко за обработку… Читать ещё >
Содержание
- Список условных сокращений
- Глава 1. Постановка задачи
- 1. 1. Физические требования к информационной технологии восстановления параметров первичной продуктивности по спутниковым данным
- 1. 2. Методы решения обратной задачи
- 1. 2. 1. Алгоритмы атмосферной коррекции
- 1. 2. 2. Модели оптических свойств морской воды
- 1. 3. Технология обработки данных спутниковых видеоспектрометров
- Выводы по главе 1
- Глава 2. Разработка регионального алгоритма восстановления концентрации хлорофилла «а» для региона Дальнего Востока
- 2. 1. Исследование погрешностей
- 2. 1. 1. Погрешности восстановления биооптических параметров вызванные вариациями оптических свойств морской воды
- 2. 1. 1. 1. Влияние неопределенности в задании спектральной зависимости поглощения растворенным органическим веществом (РОВ)
- 2. 1. 1. 2. Влияние неопределенности в задании спектральной зависимости обратного рассеяния взвешенными частицами
- 2. 1. 2. Погрешности обусловленные влиянием атмосферы
- 2. 1. 1. Погрешности восстановления биооптических параметров вызванные вариациями оптических свойств морской воды
- 2. 2. Анализ источников погрешностей стандартного алгоритма для региона Дальнего Востока
- 2. 3. Разработка регионального алгоритма
- 2. 1. Исследование погрешностей
- Выводы по главе 2
- Глава 3. Создание информационной технологии восстановления концентрации хлорофилла по спутниковым данным
- 3. 1. Разработка методики
- 3. 2. Разработка аппаратных и программных требований
- 3. 3. Разработка программного обеспечения
- Выводы по главе 3
- Глава 4. Применение результатов в прикладных рыбохозяйственных исследованиях
- 4. 1. Совместное использование различных спутниковых данных
- 4. 2. Исследование гидрофизических процессов и структур
- 4. 3. Сопоставление спутниковых данных с реальным выловом
- Выводы по главе 4
Список литературы
- Андреев М.В., Дегай А. Ю., Е.А. Лупян, А. А. Мазуров, А. А. Прошин, Е.В. Флитман Картографический web-интерфейс на основе технологий DHTML и JavaScript Препринт ИКИ РАН. Пр-2051. М. 2002. 23 с.
- Андреев М.В., А.Ю. Дегай, Ю. С. Крашенинникова, Е.А. Лупян, А.А. Мазуров, P.P. Назиров, А.А. Прошин, Е. В. Флитман, Э. Э. Гербек, И. Г. Проценко Возможности организации отраслевого спутникового мониторинга Рыбное хозяйство. Специальный выпуск.2001. с. 35.
- Буренков В.И., Васильков А. П. Стефанцев Л.А. О восстановлении спектральных оптических свойств морской воды по спектрам коэффициента яркости моря. // Океанология. 1985. — Т.25. — Вып.1. — С.49−54.
- Подспутниковые измерения цвета океана: верификация спутниковых данных сканера цвета SeaWiFS Океанология, 2000, том 40, № 3, с. 357−362.
- Васильков А.П., Кельбалиханов Б. Ф. Дистанционные оптические пассивные методы исследования океана. Сыктывкар: Научный центр УрО АН СССР, 1991.-107 с
- Ведерников В.И., Гагарин В. И., Буренков В. И. Особенности распределения первичной продукции и хлорофилла в Печорском море в августе сентябре 1998 г. Океанология, 2001, том 41, № 1, с. 69−79.
- Голубицкий Б. М., Левин И. М., Пропускание и отражение слоя среды с сильно анизотропным рассеянием. Изв. АН, ФАО, 1980. — Т.16.-№ 9-С. 926−931.
- Голубицкий Б. М., Левин И. М., Танташев М. В. Коэффициент яркости полубесконечного слоя морской воды. Изв. АН, ФАО, 1974. -Т.10.-№ 11-С. 1235−1238.
- ГОСТ 17.1.04.02−90. Вода. Методика спектрофотометрического определения хлорофилла «а». Государственный комитет СССР по охране окружающей среды, М., 14 стр.
- Ф Наука. Сиб. Отделение, 1982.
- Жигалов И.А., Матвеев В. И. 1992. Пространственная структура поверхностных вод Охотского моря.// В сб. Океанологические основы биологической продуктивности северо-западной части Тихого океана. Владивосток. ТИНРО. СС. 40−46.
- М.: Изд. ВНИРО. 1997. С. 119−130.
- Иолтуховский А.А. Численное решение уравнения переноса для системы атмосфера-океан с взволнованной границей раздела.-М., 1986. -19с (Препринт/АН СССР. Ин-т математики им. М. В. Келдыша- № 155).
- Климов С.М. Инструкция по производству наблюдений и обработке данных системы оперативных стандартных разрезов (ССОР). Сахалинский шельф. Вл-к.ТИНРО, 1988.-34 с.
- Копелевич О.В. Факторы, определяющие оптические свойства морской воды. // Оптика океана. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. — Т.1. -С.150−165.
- Копелевич О.В. Экспериментальные данные об оптических свойствах Ф морской воды Оптика океана, т.1. Наука. Москва. 1983, с. 166−208
- Мордасова Н.В., Метревели М.П.1997.Фитопигменты в Охотском море.//С сб. Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. М. ВНИРО. СС. 199−205.
- Налетова И.А., Сапожников В. В., Метревели М. П. 1997.Особенности распределения первичной продукции в летний период и оценка суммарной продукции в Охотском море.//В сб. Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. М. ВНИРО.СС.98−103.
- Наставление по гидрологическим работам в морях и океанах. 1978. Л-Д. Гидрометеоиздат.670с.
- Нелепо Б.А., Коротаев Г. К., Суетин B.C., Терехин Ю. В. Исследование океана из космоса. Киев: Наукова думка, 1985. — 168 с
- Орлов В.М., Самохвалов И. В., Белов МЛ. и др. Дистанционный контроль верхнего слоя океана. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1991. — 149 с.
- Охотское море.1993.Т.IX.Вып. 2. Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. С.Петербург. Гидрометеоиздат. 168 с.
- Пищальник В.М., Бобков А. О. Океанографический атлас шельфовой зоны острова Сахалин. Часть I. Южно-Сахалинск, изд-во СахГУ, 2000а. -174с.
- Пищальник В.М., Бобков А. О. Океанографический атлас шельфовой зоны острова Сахалин. Часть II. Южно-Сахалинск, изд-во СахГУ, 20 006. -107с.
- Пищальник В.М., Климов С. М. 1991. Каталог глубоководных наблюденитй в шельфовой зоне о. Сахалин. ЮСахалинск.167 с.
- Пропп М.В. Методы гидрохимических исследований для задач гидробиологии. Под редакцией Вл-К. 1987.134 с.
- Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, т.1,2. 1982.
- Романов А.А. Спутниковый мониторинг океана в рыбохозяйственных исследованиях // Мировой океан: Использование биологических ресурсов.
- Ф Информационно аналитический сборник. М.: ВИНИТИ, 2001. — Вып.1.1. С. 192−207.
- Романов А.А., Родин А. В., Мишкин В.М. Концепция отраслевой
- Романов А.А., Сапожников В. В. Комплексный подспутниковый эксперимент в Норвежском море (НИС «Академик Борис Петров» 2−31 июля 1997 г.) // Океанология. 1998. Т. 38, N 3. — С.366−372
- Сорокин Ю.И. 1997. Первичная продукция в Охотском море. // Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. М. ВНИРО. С. 103 110.
- Шифрин К.С., Волгин В. М., Волков Б. Н., Ершов О. А., Смирнов А. В. Оптическая толщина аэрозоля атмосферы над морем.//исследование Земли из космоса. 1985. — № 4. — С.21−30.
- Фефилов Ю.В. Результаты подспутниковых экспериментов по верификации данных сканера SeaWiFS в Охотском море. Электронный журнал «Исследовано в России», 149, стр. 1810−1820, 2003 г. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/149.pdf
- Шунтов В.П., Дулепова Е. П. 1997. Современный статус, био- и рыбопродуктивность экосистемы Охотского моря // В сб. Комплексные исследования экосистемы Охотского моря. М: ВНИРО, 1997 С. 248−261
- Behrenfeld, M. J. and Falkowski, P. G. (1997). A consumer’s guide to phytoplankton primary productivity models. Limnol. Oceanogr., 42: 1479−1491
- Bricaud A., Babin M, Morel A, Claustre H. Variability in the chlorophyll-specific absorption coefficients of natural phytoplankton: Analysis and parameterization//J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100. No. CI. P. 13 321−13 332.
- Clarke G. L., Ewing G. C., Lorenzen C.T. Spectra of backscattered light from the sea obtained from aircraft as a measure of chlorophyll concentration. -Science, 1970, v. 167, N3921, p. 1119−1121.
- Cleveland, J. S. 1995. Regional models for phytoplankton absorption as a function of chlorophyll a concentration. J. Geophys. Res., 100: 13 333−13 344.
- Fargion, G. S. and Mueller, J. L. (eds.) (2000). Ocean Optics Protocols for Satellite Ocean Color Sensor Validation, Revision 2, National Aeronautical and Space Administration, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 184 p.
- Feldman, G. C., Clark, D. and Halpern, D. (1984). Satellite color observations of the phytoplankton distribution in the eastern equatorial Pacific during the 19 821 983 El Nino. Science, 226: 1069−71.
- Fu, G., Baith, K. S., and McClain, C. R., 1998, «SeaDAS: The SeaWiFS Data Analysis System», Proceedings of «The 4th Pacific Ocean Remote Sensing Conference», Qingdao, China, July 28−31, 1998, 73−79.
- Gordon H. R., Removal of atmospheric effects from satellite imagery of the ocean.-Appl. Opt., 1978, v.17,N 10, p.1631−1636.
- Gordon, H. R. (1997). Atmospheric correction of ocean color imagery in the earth observing system era. J. Geophys. Res. 102: 17,081−17,106.
- Gordon H.R. Simple calculation of the diffusive reflectance of the ocean. -App. Opt. 1973, v.12, № 12, p.2803−2804.
- Gordon H.R., Brown O.B., Evans R. S., Brown J.W., Smith R. C., Baker K.S. and Clark D.K. A semianalytical radiance model of ocean color. J. Geophys. Res., 93, 10, 909−10,924, 1988.
- Gordon, H. R., Clark D.K. Atmospheric effects in the remote sensing of phytoplankton pigments. Bound. Layer Meteorol. 1980, v.18. N 3, p. 299−313.
- Gordon, H. R. and McCluney, W. R. (1975). Estimation of the depth of sunlight penetration in the sea for remote sensing. Appl. Optics, 14: 413−416.
- Gordon H.R. Morel A. Remote assessement of ocean color for interpretation of satellite visible imagery. A review N.Y. Springer, 1983, 114 pp.
- H. R. Gordon, H. R. and M. Wang, «Retrieval of water-leaving radiance and aerosol opticalthickness over the oceans with SeaWiFS: a preliminary algorithm», Appl. Opt., 33(3), 443−453, 1994
- Gregg, W. W., Esaias, W. E., Feldman, G. C., Frouin, R., Hooker, S. В., * McClain, C. R. and Woodward, R. H. (1998). Coverage opportunities for globalocean color in amultimission era. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 36: 16 201 627.
- Gregg, W. W. and Patt, F. S. (1994). Assessment of tilt capability for spaceborne global ocean color sensors. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 32: 866−877.
- Gregg, W. W. and Woodward, R. H. (1998). Improvements in coverage frequency of ocean color: Combining data from SeaWiFS and MODIS. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 36: 1350−1353.
- Haltrin, V. I. (1997). Theoretical and empirical phase functions for Monte Carlo calculations of light scattering in seawater. Proc. 4th Intl. Conf. Remotefr Sens. Mar. Coastal Environ. 1:1−509-I-517.
- Hoepffner, N. and Sathyendranath, S. 1992. Bio-optical characteristics of coastal waters: Absorption spectra of phytoplankton and pigment distribution in the western North Atlantic. Limnol. Oceanogr., 37: 1660−1679.
- Gregg W.W., Carder K.L. A simple spectral model for cloudless maritime atmospheres. Limn. Oceanogr., 1990, Vol.35, No.8, pp.1657−1675.
- Kattawar G.W., Humphreys T.j. Remote sensing of chlorophyll in an atmosphere-ocean environment: a theoretical study. // Appl. Opt. 1976-Vol 15,1. N1.-P. 273−282.
- Kirk, J. Т. O. 1981. Monte Carlo study of the nature of the underwater light field in, and the relationships between optical properties of, turbid yellow waters. Aust. J. Freshwater Res., 32: 517−532.
- Lee Z., Carder K.L., Mobley C.D., Steward R.G., Patch J.S. Hyperspectral remote sensing for shallow waters. A semianalytical model. //Appl. Opt. 1998. V.37. No.27. P. 6329−6338.
- Litovchenko K., Romanov A., Zaitsev V. Studies of correlation between ocean current features and biological productivity using space remote sensing methods // Proceedings of 4 Pacific Ocean Remote Sensing Conference
- PORSEC'98, Qindao, China. 1998, July. — P.327−330.
- Lutz, V. A., Sathyendranath, S. and Head, E. J. H. (1996). Absorption coefficient of phytoplankton: Regional variations in the North Atlantic. Mar. Ecol. Prog. Ser. 135: 197−213.
- Morel A. In water and remote measurements of ocean color. Boundary-Layer Meteorol., 1980, v.18, N 2, p 177−201.
- Morel A. Optical properties of pure water and pure sea waters. In optical aspects of oceanography. Aacademic. Precs, 1974.
- Morel, A. and Bricaud, A., 1981. Theoretical results concerning light absorption in a discrete medium, and application to specific absorption of phytoplankton. Deep-Sea Res., (Part A), 28: 1375−1393.
- Morel, A. and Gentili, B. (1996). Diffuse reflectance of oceanic waters: III. Implication of bidirectionality for the remote-sensing problem. Appl. Opt., 35: 4850−4862.
- Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color. Limnol. Oceanogr., 1977, v.22, N 4, p 709−722.
- Neumann, A., Krawczyk, H. and Walzel, T. (1995). A complex approach to quantitative interpretation of spectral high resolution imagery. Third Thematic Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Seattle, USA IT—641 11−652.
- Neville, R. A. and Gower, J. F. R. 1977. Passive remote sensing of phytoplankton via chlorophyll-a fluorescence. J. Geophys. Res., 82: 3487−3493.
- O’Reilly JE, Maritorena S, Mitchell BG, et al., Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS. Journal of Geophysical Research -Oceans 103: (CI 1) 24 937−24 953 OCT 15 1998.
- Pauly, D. and Christensen, V. (1995). Primary production required to sustain global fisheries. Nature, 374: 255−257.
- Philpot, W. D. (1987). Radiative transfer in stratified waters: a single-scattering approximation for irradiance. Appl. Optics 26: 4123−4132.
- Piatt, T. and Sathyendranath, S. (1988). Oceanic primary production: Estimation by remote sensing at local and regional scales. Science, 241: 1613— 1620.
- Pope R.M., Fry E.S. Absorption spectrum (380−700 nm) of pure water. I. Integrating cavity measurements. //Appl. Opt. 1997. Vol. 36, No.33. pp 8710— 8723.
- Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group IOCCG Report Number 1, 1998 Minimum Requirements for an Operational, Ocean-Colour Sensor for the Open Ocean.
- Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group IOCCG Report Number 2, 1999 Status and plans for Satellite Ocean-Colour Missions: Considerations for Complementary Missions.
- Robinson, A.R., J.J. McCarthy and B.J. Rothschild, 1999. Interdisciplinary Ocean Science is Evolving and a Systems Approach is Essential, Journal of Marine Systems, 22, 231−239.
- Ruddick, К. G., Ovidio, F. and Rijkeboer, M. (2000). Atmospheric correction of SeaWiFS imagery for turbid coastal and inland waters. Appl. Optics 39: 897−912.
- SeaWiFS Technical Report Series Volume 1−43, NASA Technical Memorandum 104 566, Greenbelt, Maryland.
- Sathyendranath, S. and Piatt, T. (1997). Analytic model of ocean color. Appl. Optics 36: 2620−2629.
- Sathyendranath, S., Lazzara, L. and Prieur, L. (1987). Variations in the spectral values of specific absorption of phytoplankton. Limnol. Oceanogr. 32: 403−415.
- Sathyendranath, S., Prieur, L. and Morel, A. (1989). A three-component model of ocean colour and its application to remote sensing of phytoplankton pigments in coastal waters. Int. J. Remote Sensing 10: 1373−1394.
- Sathyendranath, S., Hoge, F. E., Piatt, T. and Swift, R. N. (1994). Detection of phytoplankton pigments from ocean colour: Improved algorithms. Appl. Optics 33:1081−1089.
- Sicgihara S., Kishino M., Okami N. Estimation of water quality parameters from irradiance reflectance using optical models. J. Oceanogr. Soc. Japan, 1985, v.41, N6, p.399106.
- Sugimoto T. and Tameishi, H. (1992). Warm-core rings, streamers and their role on the fishing ground formation around Japan. Deep-Sea Res., 39: SI 83-S201.
- Smith R.C., Baker K.S. Optical properties of the clearest natural waters (200−800 nm). Applied Optics, 1981, vol. 20 (2), pp 177−184.
- Whitlock, С. H., Poole, L. R., Ursy, J. W., Houghton, W. M., Witte, W. G., Morris, W. D. and Gurganus, E. A. (1981). Comparison of reflectance with backscatter for turbid waters. Appl. Optics 20: 517−522.
- Государственный комитат Российской Федерации по рыболовству Федерально* государственное унитарное предприятие
- Сахалинским научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии СахНИРО3 023. г. Юмно-Саха/жнск. ул. Комсомольска*. 196
- Утверждаю" ипвктор СахНИРО1. В.И.Радченко
- Р/СН 40 602*10250340100001 в Филиале АК СБ РФ ОАО Южно-Сахалинское отдаленна Nt 8667 тал. 4S-87−78. факс 46−87−7 $ 1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Фефилова Юрия Вадимовича
- Использованные результаты обладают научной и практической значимостью и позволяют повысить эффективность компьютерной обработки данных спутниковых видеоспектрометров, а также достоверность результатов обработки.
- Зав. лабораторией биологической океанографии, канд. физ-мат наук1. Г. В. Шевченко