Введение к работе
Актуальность.темы. Одной из основных проблем физической океанографии является изучение физических сесйств больших океанических акваторий, огромные размеры которых !-:<з позволяют оперативно контролировать их состояние контактними методами традиционной океанографии. Поэтому в последнее время бодьсое развитие получают методы дистанционного зондирования (ДЗ) океана, основанные на измерении энергии электромагнитного излучения, испускаемого или отражаемого морской поверхностью и водной тощей, причем из всех видов электромагнитного излучения, лишь видимый свет проникает вглубь океана. Большой объем информации, получаемый приборами ДЗ накладывает мееткие ограничения на время ее обработки и сложность используемых при зтсм алгоритмов. Шзтому для использования данных ДЗ океана с цель» определения биооптического состояния водных масс и использования этой информации в моделях морских экологических систем (ЮС) актуальной является проблема создания несложной и достаточно простой методики анализа данных ДЗ океана в видимом диапазоне (ВД) спектра, реализованной на баз'е существующего измерительного и вычислительного аппаратного обеспечения. Разрабатываемая методика додд-ка эффективно репзгь задачи оперативного контроля за состоянием и развитием биологических объектов как в открытом океане, так и в пркбрекнои зоне, наиболее сильно псд^ергекиой антропогенному влиянию. Кроме того, накопленная хіузріісц'ля додала эффективно анализироваться и сохраняться s н-иболее удобной для последующего использования Зюрме. Это предопределяет необходимость применения современней вичкслиг-ольчоЯ И информационной техники и технологии при создании л эксплуатации автоматизированной информационно-измерительной системы (АИИС), реализующей разработанную методику ДЗ.
Основная цель работы - создание методики обработки данных ДЗ поверхности океана в видимом диапазоне спектра, позволяющей восстановить оптико-биологические параметры верхнего слоя океана; реализация этой методики в виде автоматизированной информационно-измерительной системы; получение и .анализ данных дистанционного- зондирования в водах различных
типов.
Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:
статистический анализ спектральных характеристик потока восходящего излучения системы океан-атмосфера и исследование его изменчивости в различных природных зонах океана;
обоснование мажшараметрического представления спектрального коэффициента яркости (СКЯ) восходящего излучения водной толщи и использования в качестве параметров цветовых характеристик восходящего излучения (доминирующей длины волны и чистоты цвета);
разработка программно-математического обеспечения автоматизированной информационно-измерительной системы 'сбора, обработки, хранения и последующего использования данных ЛЗ океана в ВД спектра;
сбор и обработка данных натурных измерений цветовых параметров водной тодда и определение связей с биологическими характеристиками (биомасса и численность фитопланктона); в прибрежных Ьодах и районач открытого океана;
восстановление . полей биологических характеристик, анализ 1. сезонной' изменчивости и сопоставление с данными контакткьк ;;з.\:зренкй;
-. ррггнизацкя технического обеспечения экспериментальных' игсхг^ований на научно-исследовательских судах (Ні-Ю) и садалэте-гаЗоратория и анализ их результатов.
Сбтаїтоа кссдэдозажй избрана подсистема сбора и обра
ботки дхня-т ЛЗ окзшз с первого и второго уровней, которая
является составной частью единой системы дистанциокньк ксс-
ледовгкій cjcsana.. ' ' , ' г
Научная новизна. , Еэвым в выполненных теоретико-зкспери- ' иэптазыаа. исследованиях является слвдукчэе:
исследование изменчивости СКЯ вод различных оптически типов и обоснование допустимости их шлопараметрического представлэшп.
применение интегральных цветовых параметров (домляи-рузсдая длина юляы и чистота цвета) длії описаная спектраль-
. кого состава босходящэго излучения верхнего слоя океана.
разработка комплекса программ сбора, обработки и хранения данных ДЗ океана для персонального компьютера (ПК) типа IBM PC.
способ определения численности клеток и биомассы фитопланктона по цветовым параметрам океана. ,
создание на базе ПК банка дистанционных оптических данных для акватории Атлантического океана.
На защиту выносятся
теоретические и методические принципы использования дистанционно определяемых цветовых параметров восходящего излучения океана для определения величин биомассы, численности клеток и концентрации пигментов фитопланктона в верхнем фотосинтетически-активном слое океана
методика автоматизированного сбора, обработки и хранения данных ДЗ океана в видимом диапазоне спектра, реализованная в действующей АИЙС.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. В результате исследований разработана методика сбора, обработки, хранения и последующего использования данных ДЗ океана в Щ спектра, позволяюящ экспрессно определять биологические параметры (биомассу, численность фитопланктона, суммарную концентрацию пигментов) по цветовым характеристикам восходящего излучения ' водной толщи (доминирующаяtдлина годны, чистота цвета). Эта методика применялась во время зк-спедиционных исследований в 37, 40 и 41 рейсах НИ.С "Академик Вернадский" МГИ АН УССР и в ряде: летных экспедиций на самолетах-лабораториях Ан-30 и ИЛІ8Д0РР. Применение методики позволило установить новые взаимосвязи между цветовыми пара--метрами водной годши и биологическими характеристиками верхнего слоя океана, резко поднять, производительность труда при проведении измерений, ускорило обработку и анализ полученных данных, повысило качество представляемой информации.
Результаты диссертации внедрены в.практику научных исследований лаборатории дистанционных оптических методов отдела оптики и биофизики моря Иэрского гидрофизического института АН УССР.
Апробация работы. Основные положения работы и результа-
ты исследований доложены и обсуждены на совещании специалистов социалистических стран по обсуждению результатов экспериментов "Черное море - Интеркосмос'83,84" (Ялта, февраль, 1985 г.); X Пленуме Рабочей Группы по оптике океана (Ростов-на-Дону, октябрь, 1988); 43-й и 44-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 1983,1989); 6-м Всесоюзном ссзещании-семинаре по спуткгеоБой гидрофизике (Севастополь, апрель, 1969); Советско-Американском семинаре по проблемам дистанционного зондирования океана (Бостон, США, сентябрь 1989); семинарах отдела оптики и биофизики моря Шрского гидрофизческого института АН УССР (1985-1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 156 страниц, 6 таблиц, 65 рисунков и 1 приложение. Список литературы включает 83 'наименования, в том' числе 2? на иностранном языке.