Распространение света в толще воды – это сложный процесс. Профессор Национального института океанографии и прикладной геофизики (Италия) Паоло Лаццари выделяет три потока излучения: прямой падающий свет, падающий, но уже рассеянный в воде свет и восходящий свет, отраженный ото дна или частиц в воде.
С помощью спутниковых и иных данных, ученые получают данные о том, сколько света попало на воду и сколько вышло. Как правило, второй сигнал всегда более слабый, потому что многие компоненты морской толщи рассеивают и поглощают свет. Специальные уравнения, написанные для этой модели старшим научным сотрудником Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН Ильей Черновым, позволяют просчитать по данным спутника, какое количество света «потерялось» на глубине. Используемые в математической системе коэффициенты говорят о том, какие именно частицы и в каком количестве его задержали.
– Упрощенно говоря, спутник видит темное пятно. Люди или алгоритмы предполагают: это может быть нефть, планктон, песок и так далее. Мы же работаем с математическими и физическими расчетами. После подбора коэффициентов так, чтоб рассчитанный сигнал стал соответствует наблюдаемому, мы можем утверждать, что темное пятно – это конкретные частицы определенного размера на известной глубине. Эта схема помогает детально описать, что происходит в море, чтобы это были не просто предположения, но данные, основанные на расчетах, – пояснил доктор технических наук Илья Чернов.
Старший научный сотрудник Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН Илья Чернов. Фото: Виктория Швецова / служба научных коммуникаций КарНЦ РАН
Ученые апробировали трехпотоковую модель на Средиземном море. В его акватории оборудован участок Boussole, где установлен автономный стационарный буй, отбирающий пробы биооптических параметров каждые 15 минут, и проводятся ежемесячные океанографические экспедиции для отбора проб биооптических параметров. Испытание проводилось на таких компонентах как содержание в воде хлорофилла а и окрашенного растворенного органического вещества. Результаты работы модели оказались сопоставимы с данными, полученными с помощью физических датчиков.
– Заполонить акватории всех морей датчикам невозможно, поэтому на помощь приходят спутники. Использование данных дистанционного зондирования и математические расчеты позволяют получить данные о состоянии морской системы на большой территории, – отметил карельский ученый.
При этом эксперты подчеркивают: при оценке работы системы необходимо учитывать зависимость биооптических и физических параметров от различных экологических регионов.
«Эксперименты по изучению чувствительности показывают влияние возмущений параметров на участке Буссоль, но важно дополнительно оценить, как этот подход работает в других областях, где оптические параметры фитопланктона могут сильно отличаться: различный состав пигментов может влиять на поглощение, или различное распределение по размерам может влиять на спектральную форму коэффициента обратного рассеяния», – говорится в заключении научной статьи.
У авторов работы есть интерес к проведению подобного исследования на арктических системах, в частности, в Белом море. Математик из Карелии Илья Чернов и биогеохимик из Италии Паоло Лаццари активно сотрудничают на протяжении десяти лет в рамках работы над математической моделью JASMINE, которая описывает динамику вод и льда Белого моря.
