Мутность океана

Мутность океана — это мера степени помутнения или непрозрачности морской воды, вызванной отдельными частицами, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть без увеличения. Сильно мутные океанские воды – это воды, в которых содержится много рассеивающих частиц . Как в сильно поглощающих, так и в сильно рассеивающих водах видимость воды снижается. Сильно рассеивающая (мутная) вода по-прежнему отражает много света, в то время как сильно поглощающая вода, такая как река или озеро с черной водой , очень темная. Рассеивающие частицы, которые делают воду мутной, могут состоять из множества веществ, включая отложения и фитопланктон .

Измерение

Существует несколько способов измерения мутности океана, включая автономные дистанционные транспортные средства, морские суда и спутники.

Со спутника можно провести косвенное измерение мутности воды, исследуя степень отражения в видимой области электромагнитного спектра . Для усовершенствованного радиометра очень высокого разрешения (AVHRR) логичным выбором является диапазон 1, охватывающий длины волн от 580 до 680 нанометров , оранжевый и красный. Чтобы создавать производные продукты, сопоставимые во времени и пространстве, атмосферная поправка требуется . Для этого эффекты рэлеевского рассеяния рассчитываются на основе угла обзора спутника и зенитного угла Солнца полосы 1 , а затем вычитаются из яркости . Для поправки на аэрозоль используется полоса 2 в ближнем инфракрасном диапазоне. Сначала в него вносят поправку на рэлеевское рассеяние, а затем вычитают из скорректированной по Рэлею полосы 1. Предполагается, что скорректированная по Рэлею полоса 2 представляет собой излучение аэрозоля, поскольку не ожидается отраженного сигнала от воды в ближней инфракрасной области , поскольку вода сильно поглощает волны на этих длинах волн. Поскольку полосы 1 и 2 относительно близки в электромагнитном спектре, мы можем разумно предположить, что их аэрозольная яркость одинакова.

На этих изображениях мутность определяется количественно как процент отраженного света, выходящего из толщи воды, в диапазоне от 0 до 8 процентов. Процент отражения может быть коррелирован с затуханием , глубиной диска Секки или общим количеством взвешенных веществ, хотя точное соотношение будет варьироваться в зависимости от региона и оптических свойств воды. Например, в заливе Флорида коэффициент отражения 10% соответствует концентрации отложений 30 миллиграмм/литр и глубине Секки 0,5 метра. Эти зависимости приблизительно линейны, так что коэффициент отражения 5% будет соответствовать концентрации отложений примерно 15 миллиграмм/литр и глубине Секки 1 метр. В регионах шлейфа реки Миссисипи эти же значения отражательной способности будут отражать концентрации отложений, которые примерно в десять и более раз выше.

Ураганы

Как и следовало ожидать, большинство этих изображений показывают значительное увеличение мутности в регионах, где ураган обрушился на берег. Увеличение происходит в первую очередь за счет отложений, которые были повторно взвешены из мелководных участков дна. В прибрежных районах часть сигнала также может быть вызвана отложениями, размытыми с пляжей, а также речными шлейфами, содержащими наносы. после урагана из цветение фитопланктона -за увеличения доступности питательных веществ В некоторых случаях можно обнаружить .

Исследование мутности после прохождения урагана потенциально может иметь множество применений для управления прибрежными ресурсами, включая:

выявление региональных «горячих точек», где можно ожидать наиболее серьезной эрозии
оценка общей концентрации отложений, поднятых ураганом
определение пространственной протяженности мобилизации наносов
определение масштабов и вклада речных шлейфов
оценка и прогнозирование потенциального на экосистему воздействия

Что касается этих видов использования, определение регионов с высокой мутностью позволит менеджерам лучше всего принимать решения о стратегиях реагирования, а также поможет обеспечить наиболее эффективное использование ресурсов после урагана.

Интерпретация изображений

Лишь небольшая часть света, падающего на океан, будет отражена и принята спутником. Вероятность того, что фотон отразится и выйдет из океана, экспоненциально уменьшается с длиной его пути через воду, поскольку океан является поглощающей средой. Чем больший океан должен пройти фотон, тем больше у него шансов быть чем-то поглощенным. После поглощения он в конечном итоге станет частью резервуара тепла океана. Характеристики поглощения и рассеяния водоема определяют скорость вертикального затухания света и устанавливают предел глубины, влияющей на спутниковый сигнал. Разумное эмпирическое правило заключается в том, что 90 процентов сигнала, поступающего из воды, видимого спутником, приходится на первую длину затухания. Насколько это глубоко, зависит от поглощающих и рассеивающих свойств как самой воды, так и других ее компонентов. Для длин волн ближнего инфракрасного диапазона и более глубина проникновения варьируется от метра до нескольких микрометры . Для диапазона 1 глубина проникновения обычно составляет от 1 до 10 метров. Если вода имеет большой всплеск мутности ниже 10 метров, то этот всплеск вряд ли будет виден спутником.

В очень мелкой чистой воде велика вероятность увидеть дно. Например, на Багамах вода довольно прозрачная и имеет глубину всего несколько метров, что приводит к кажущейся высокой мутности, поскольку дно отражает много света диапазона 1. В районах с постоянно высокими сигналами мутности, особенно в районах с относительно чистой водой, часть сигнала может быть обусловлена отражением от дна. Обычно это не представляет проблемы с изображением мутности после урагана, поскольку шторм легко ресуспендирует достаточное количество осадков, так что отражение от дна становится незначительным.

Облака также проблематичны для интерпретации спутниковых данных о мутности. удаления облаков Алгоритмы удовлетворительно справляются с пикселями полностью облачными . Частично мутные пиксели гораздо труднее идентифицировать и обычно приводят к ложным оценкам высокой мутности. Вызывают подозрение высокие значения мутности вблизи облаков.

См. также

Растворенный органический углерод (DOC)

Ссылки

Примечание . Информация на этой странице была получена из NOAA , что разрешено законами США о добросовестном использовании . Первоначальный источник информации находится по адресу https://web.archive.org/web/20040902231404/http://www.csc.noaa.gov/crs/cohab/hurricane/turbid.htm .