Новый алгоритм поможет при дистанционном мониторинге качества «цветущей» воды
Ученые ННГУ им. Н.И. Лобачевского совместно с коллегами из Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и Морского гидрофизического института РАН разработали эффективный алгоритм атмосферной коррекции спутниковых снимков водоемов для дистанционного метода оценки качества воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Remote Sensing. Работа проводится в рамках федеральной программы «Приоритет 2030».
Дистанционное зондирование позволяет значительно упростить работу экологов и сократить расходы на экспедиции. Более того, без него трудно представить себе слежение за состоянием трудно доступных районов. Возможности подобных методик очень широки: по снимкам со спутников можно оценить содержание примесей, хлорофилла или минеральных частиц в водоемах, однако яркость водной поверхности на снимках из космоса сильно искажается атмосферным аэрозолем из-за поглощения и рассеяния света. Справиться с такими ограничениями позволяют разные подходы атмосферной коррекции, которые хорошо показали себя в исследовании мутных вод, однако плохо работают для измерений в водоемах, где обильно размножаются водоросли.
Сотрудники ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и Морского гидрофизического института РАН разработали алгоритм атмосферной коррекции с фиксированной аэрозольной оптической толщиной, которая определялась на фрагменте изображения с относительно чистой водой, где коэффициент отражения воды можно считать пренебрежимо малым. Они апробировали его при оценке состояния вод Горьковского водохранилища в период интенсивного цветения сине-зеленых водорослей.
«С апреля по октябрь 2022 года мы проводили измерения оптической прозрачности атмосферы над Горьковским водохранилищем. Полученные значения сравнивались со спутниковыми данными. Оказалось, что предложенный алгоритм позволяет устранять влияние атмосферы с точностью от 65% до 95%», — рассказывает заведующий лабораторией гидрологии и экологии водохранилищ радиофизического факультета ННГУ Александр Мольков.
Вместе с тем, исследователи отмечают, что при валидации спутниковых измерений нельзя полагаться исключительно на поиск оптимального алгоритма атмосферной коррекции. Они проверяли результаты, изучая пробы воды, а также используя данные со спектрометров, установленных на катере. Важно корректировать полевые измерения, учитывая неоднородность «цветущей» воды на разной глубине, также из-за течений и перемешивания велика изменчивость во времени.
В дальнейшем авторы планируют создать региональную модель оценки качества воды в Горьковском водохранилище по снимкам со спутников. Это позволит обнаруживать и устранять загрязнения, измерять температуру воды в приповерхностном слое, отслеживать течения и перенос разнообразных веществ.
