Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Решение прямой и обратной задач в рамках дистанционного зондирования параметров качества природных вод

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Лясковский, Антон Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Основы процессов взаимодействия солнечного света с поглощающими и рассеивающими водными средами, взволнованной ветром границей воздух-вода и дном.

1.1. Уравнение переноса излучения: механизмы ослабления и приращения излучения в водной среде, первичные и вторичные гидрооптические характеристики.

1.2.Влияние поглощения и упругого рассеяния света в водной среде на спектральное распределение коэффициента диффузного отражения.

1.3. Феноменология процесса комбинационного рассеяния воды.

1.4. Пигментные комплексы фитопланктона и феноменология флюоресценции хлорофилла.

1.5.Природа флюоресценции РОВ.

1.6.Оптические свойства дна. Влияние альбедо дна на яркость света, выходящего из воды.

1.7. Влияние взволнованности поверхности воды и условий ее освещения Солнцем и небосводом на восходящую яркость.

Глава 2. Первичные гидрооптические характеристики природных вод.

2.1.Основные оптически активные компоненты природных вод.

2.2.Удельные первичные гидрооптические характеристики основных OAK.

2.3. Выводы по главе

Глава 3. Концептуальная схема методологического подхода по решению прямой и обратной задач.

3.1. Общая схема методологического подхода и входные данные для моделирования.

3.2. Численное решение прямой задачи.

3.2.1. Моделирование спектра коэффициента диффузного отражения света водным столбом в приближении поглощения и упругого рассеяния.

3.2.2. Оценка влияния комбинационного рассеяния и флюоресценции на спектральное распределение коэффициента диффузного отражения.

3.2 3. Оценка влияния дна на спектральное распределение результирующего коэффициента диффузного отражения.

3.2.4. Оценка влияния взволнованности поверхности воды и условий освещенности на восходящую яркость.

3.2.5. Формирование радиометрических характеристик цвета воды как функций состава воды и освещенности приходящего солнечного излучения.

3.3. Решение обратной задачи: алгоритмы восстановления параметров качества воды.

3.3.1. Регрессионные алгоритмы.

3.3.2. Процедура многомерной оптимизации.

3.3.3. Метод нейронных сетей.

3.3.4. Результаты и анализ численных экспериментов по решению обратной задачи. а) без учета трансспектральных взаимодействий и влияния альбедо дна. б) с учетом трансспектральных взаимодействий и влияния альбедо дна.

3.3.5. Итерационный подход для повышения точности восстановления параметров качества воды.

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. Сравнение результатов численных экспериментов с данными натурных измерений.

4.1. Характеристика полевых радиометрических экспериментов, проведенных в заливе Сагино.

4.2.Трофический статус залива Сагино.

4.3.Выбор гидрооптической модели залива Сагино.

4.4.Подтверждение проявления флюоресценции РОВ в измеренных спектрах коэффициента диффузного отражения.

4.5. Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по географии, на тему "Решение прямой и обратной задач в рамках дистанционного зондирования параметров качества природных вод"

В последние годы большой интерес специалистов в области охраны окружающей среды и общества в целом вызывает экологическое состояние вод планеты, как открытых акваторий океанов, так и береговых зон морей и внутренних водоемов суши [6].

Известно, что ключевую роль в формировании как глобальных круговоротов ряда химических элементов и соединений, так и биопродукционного баланса играет Мировой океан [18]. С точки зрения биогеохимических круговоротов, океан выступает в качестве крупного резервуара биогенных компонентов. Важнейшими звеньями функционирования этого резервуара являются обмен веществ между верхними и нижними слоями океана, между океаном и сушей, между океаном и атмосферой. Во многих случаях скорости подобного обмена известны недостаточно надежно. В данной области особый интерес представляют: 1) картирование пространственно-временной изменчивости биомассы и продуктивности фитопланктона в Мировом океане; 2) взаимодействие биологических и физических процессов и его влияние на распределение и скорость роста биомассы фитопланктона.

Мировой океан играет ключевую роль в формировании климата на Земле благодаря своей гигантской термической инерции, активному участию в переносе тепла, формированию облачного покрова и значительному вкладу в глобальный круговорот углерода.

При всей важности вопроса об экологическом состоянии открытых районов океанов и морей, огромное значение для состояния биосферы, а также различных отраслей экономики многих стран имеет экологическое состояние вод прибрежных морских зон и внутренних водоемов как источников пищевых/рыбных запасов, промышленного сырья, а также источников воды для нужд экономики и населения.

Однако в силу значительной пространственной протяженности водных объектов и известной скоротечности протекающих в них биологических 6 процессов судовые (контактные) измерения не могут обеспечить необходимое пространственно-временное разрешение мониторинга экологического состояния этих объектов. Наиболее полными возможностями в этом отношении обладают системы дистанционного зондирования, базирующиеся на авиакосмических носителях.

В связи с этим рядом международных и национальных организаций и агентств развернуты обширные научно-исследовательские программы, направленные на углубленное изучение как естественных, так и антропогенно-обусловленных физических, химических и биологических процессов в системе Земля-атмосфера с широким привлечением дистанционных средств наблюдений и количественных оценок соответствующих ключевых параметров, характеризующих динамику происходящих изменений. К таким программам относятся Международная геосферно-биосферная программа (IGBP), Программа исследования взаимодействия суши и океана в прибрежной зоне (LOICZ), Программа комплексного изучения глобальных потоков в океане (JGOFS), Программа «Разрезы», Программа по изучению тропических океанов и глобальной атмосферы (ТОГА), и некоторые другие, дистанционная составляющая мониторинга которых постоянно обновляется все новыми и более совершенными спутниковыми измерительно-обрабатывающими комплексами (CZCS, ОСТ, MOS, SeaWiFS, MODIS, а в ближайшем будущем ENVISAT и некоторые другие).

Началом эпохи использования данных космического дистанционного зондирования в видимом диапазоне для оценки концентраций пигментов фитопланктона (как одного из параметров качества воды) в водах Мирового океана стали запуск и успешная эксплуатация спутника «Нимбус-7», запущенного агентством HACA в октябре 1978 года, со сканером цвета береговой зоны (CZCS).

В 1997 году тем же агентством HACA был запущен спутник ORBVIEW-2 с широкоугольным сканером для многоканальных измерений яркости поверхности водных бассейнов (SeaWiFS), который продолжил дистанционное зондирование вод океана прежде всего с целью определения пространственно-временных распределений фитопланктона в Мировом океане и количественной оценки его влияния на глобальную циркуляцию углерода в системе атмосфера-океан.

В преддверии запуска и ходе эксплуатации CZCS рядом исследователей и научных групп, в числе которых особенно заметны заслуги X. Гордона [43], А. Мореля, Т. Платта, Ш. Сатиендранат, а также целого ряда других исследователей, были разработаны регрессионные биоптические алгоритмы и алгоритмы атмосферной коррекции, которые успешно применялись при обработке космических снимков открытых районов океана (так называемых вод первого типа по классификации Мореля [70]).

Однако попытки применения подобных алгоритмов для обработки спектральных изображений морских береговых зон и вод внутренних водоемов (вод второго типа по классификации Мореля), характеризующихся, как правило, чрезвычайно сложными оптическими свойствами, обнаружили в случае таких водных объектов полную неработоспособность регрессионных алгоритмов и стимулировали глубокие исследования ряда авторов, среди которых необходимо упомянуть Дж. Кирка, Р. Букату, X. Грассла, С. Тассана, А. Деккера, К. Я. Кондратьева, Д. В. Позднякова и А. Гительсона, с целью выявления наиболее адекватных подходов и алгоритмов обработки данных космического дистанционного зондирования вод морских береговых зон и внутренних водоемов в видимом диапазоне. Заложив основы решения обратной задачи в случае вод второго типа, эти исследования, тем не менее, высветили ряд актуальных проблем, связанных, прежде всего, с повышением точности восстановления параметров качества вод со столь сложной гидрооптической структурой.

Вышесказанное определяет актуальность темы настоящей диссертационной работы, ориентированной на разработку методических подходов по повышению точности определения ряда параметров качества 8 сложных в гидрооптическом отношении природных вод по данным дистанционного зондирования в оптическом диапазоне.

Основной целью работы является усовершенствование биооптических алгоритмов диагностики состояния и динамики качества природных вод в условиях антропогенного воздействия по атмосферно скорректированным данным дистанционного зондирования, осуществляемого с авиа-космических носителей. При этом имеется ввиду как увеличение точности восстановления параметров качества, так и расширение их номенклатуры.

Для достижения поставленной цели в данной работе решаются следующие задачи:

1. Численное моделирование основных процессов взаимодействия солнечного света как непосредственно с водной средой (с учетом упругого рассеяния, поглощения, комбинационного рассеяния и флюоресценции), так и дном и границей раздела вода - атмосфера при различных условиях освещенности, визирования водной поверхности и состояния взволнованности последней.

2. Численное моделирование формирования спектрального распределения яркостного сигнала, выходящего из воды с учетом вклада включенных в расчетную схему процессов взаимодействия солнечного света с водной средой, дном и водной поверхностью.

3. Исследование влияния всей совокупности моделируемых механизмов взаимодействия фотонов с водной средой (т. е. упругого рассеяния, поглощения, комбинационного рассеяния и флюоресценции) на цветовые характеристики водного объема.

4. Выявление наиболее эффективных и универсальных процедур решения обратной задачи дистанционного зондирования в случае сложных в гидрооптическом отношении вод и создание соответствующих программных продуктов для реализации этих процедур на современных вычислительных машинах. 9

Объектом исследования данной диссертационной работы являются оптические свойства природных вод, являющиеся индикаторами экологического состояния гидросферы.

Предметом исследования являются

1. Механизмы формирования яркостного сигнала, покидающего водный объем и несущего информацию о его экологическом статусе.

2. Методы восстановления в операционном режиме параметров качества воды из этого информационного сигнала, которые выступают в качестве инструментов диагностики экологического состояния природных вод. Методы исследования:

1. Численное моделирование спектрального состава света, выходящего из-под поверхности воды, на базе использования гидрооптической модели водной среды и специализированных моделей взаимодействия солнечных фотонов с водной средой и ее нижней и верхней границами.

2. Применение таких математических методов как регрессионные алгоритмы, метод многомерной оптимизации и метод нейронных сетей для решение задачи восстановления параметров качества воды.

3. Валидация результатов численного моделирования по данным полевых измерений восходящей, падающей освещенности, обусловленных солнечным излучением и вектора концентраций основных оптически активных компонентов (OAK) природных вод.

Научная новизна диссертации заключается в осуществлении замкнутого цикла модельных исследований, когда на базе единой гидрооптической модели для широкого диапазона концентраций OAK и с учетом совокупности основных механизмов взаимодействия фотонов света с водной средой, дном и поверхностью раздела вода - воздух получено решение как прямой задачи моделирования спектра яркостного сигнала, выходящего из водного объема, так и обратной задачи восстановления параметров качества природных вод из этого сигнала.

10

Реализация указанного подхода позволила автору получить ряд оригинальных результатов:

1. Произведены численные оценки индивидуального и совокупного влияния трансспектральных процессов взаимодействия фотонов с водной средой на спектральное распределение выходящего из воды потока.

2. Исследовано формирование цветовых характеристик водного объема с учетом влияния широкого спектра механизмов взаимодействия фотонов с водной средой.

3. Выявлены и исследованы алгоритмы, обеспечивающие" наиболее адекватное восстановление вектора концентраций OAK в широких пределах его естественных вариаций; создано программное обеспечение этих алгоритмов.

4. Предложен итерационный подход для повышения точности восстановления параметров качества воды.

Практическая значимость работы заключается в разработке методического подхода и программного обеспечения, позволяющего с повышенной точностью производить по данным дистанционного зондирования внутренних водоемов и морских прибрежных зон (после введения атмосферной коррекции) восстановление параметров качества природных вод в режиме близком к оперативному, что, в свою очередь, обеспечивает более адекватную оценку экологического состояния зондируемых водоемов, динамики их трофического состояния, степени их эвтрофированности, снижения прозрачности и загрязнения терригенным материалом, а также исследовать процессы трансграничных переносов в водных системах и их взаимного экологического влияния.

Теоретическая ценность работы заключается в исследовании методами численного моделирования ряда фундаментальных процессов взаимодействия квантов солнечного света с водной средой (включающих упругое рассеяние, поглощение, комбинационное рассеяние и флюоресценцию) в формировании

11 спектрального состава и интенсивности восходящей радиации в-водных средах широкого диапазона оптических свойств.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Путем сравнения эффективности алгоритмов восстановления параметров качества природных вод, выполненного на базе обширного модельно-статистического материала, установлено, что при восстановлении параметров качества вод с широким диапазоном оптических свойств наиболее точным алгоритмом является метод многомерной оптимизации, при этом метод нейронных сетей, являясь менее точным, оказывается более оперативным при обработке больших объемов данных.

2. Доказано, что учет процессов флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного органического вещества необходим для повышения точности восстановления параметров качества сложных в гидрооптическом отношении природных вод.

3. Установлено, что флюоресценция растворенного органического вещества и хлорофилла фитопланктона вносит существенные изменения в радиометрические характеристики цвета природных вод, и выявлены закономерности поведения этих характеристик в широком диапазоне гидрооптических условий.

4. Установлено, что наиболее оптимальные условия дистанционного зондирования взволнованной водной поверхности реализуются при зенитных углах Солнца ~ 40° (околополуденные часы по местному времени на средних широтах), углах визирования 0°-5°, и приводной скорости ветра не превышающих ~ 2 м/с.

5. Показано, что может быть реализован итерационных подход, обеспечивающий более точное восстановление концентраций OAK в сложных в гидрооптическом отношении водах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международной Конференции посвященной пятилетнему юбилею Международного Центра по Окружающей Среде и Дистанционному

12

Зондированию им. Нансена, С.-Петербург, октябрь 1997; на Международной Конференции "5th International Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments", Сан-Диего, США, октябрь 1998; на Международной Конференции "IGARSS'99", Гамбург, Германия, июнь 1999; на Международной Конференции по Атмосферной Радиации, С.-Петербург, июль 1999; на Третьем Международном Симпозиуме по Ладожскому Озеру, Петрозаводск, сентябрь, 1999; на Коллоквиуме EURISY, Москва, декабрь 1999; на Международном Симпозиуме "28th International Symposium on Remote Sensing of Environment", Кейп-Таун, ЮАР, март 2000; на Международной Конференции "6th International Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments", Чарлстон, США, май 2000; на научных семинарах Нансен-Центра, СПбГЭТУ и РГГМУ.

По теме диссертации автором опубликовано 9 статей в отечественных и зарубежных изданиях и трудах научных конференций.

Личный вклад автора. Автор работы принимал участие на всех этапах исследования от постановки задачи, до обсуждения и анализа результатов численного моделирования. Автор обеспечивал создание компьютерных программ для решения прямой и обратной задач и обработку всех данных на компьютере.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, включающей 100 наименований, из них 83 на иностранных языках, и списка сокращений. Общий объем работы - 142 машинописные страницы, включая 22 рисунка, 12 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Лясковский, Антон Владимирович

4.5. Выводы по главе 4

Результаты проведенных полевых радиационных экспериментов послужили базой для проведения валидации наших модельных расчетов и позволили подтвердить адекватность примененного нами подхода к численной оценке вклада трасспектральных процессов взаимодействия солнечного излучения с водной средой.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные модельные исследования показали, что для решения прямой и обратной задач в рамках дистанционного зондирования параметров качества таких сложных в гидрооптическом отношении природных вод, как воды внутренних водоемов и морские прибрежные воды, необходимо учитывать трансспектральные процессы взаимодействия солнечного излучения с водной средой, а также оптическое влияние альбедо дна и ветровой шероховатости водной поверхности. Проведенные численные эксперименты позволили оценить индивидуальный и совокупный вклад каждого из процессов взаимодействия фотонов света с водной средой (поглощение, упругое рассеяние, комбинационное рассеяние воды, флюоресценция хлорофилла фитопланктона и РОВ) и дном, а также условий освещенности и ветровой шероховатости водной поверхности на спектральное распределение яркостного сигнала, регистрируемого дистанционным датчиком, и, следовательно, на точность восстановления параметров концентраций основных OAK.

Проведенное сравнение алгоритмов восстановления параметров качества природных вод второго типа показало, что наиболее точные результаты восстановления могут быть получены применением метода многомерной оптимизации и метода нейронных сетей.

Полученные численные оценки влияния трансспектральных процессов взаимодействия солнечного излучения с водной средой позволили предложить итерационный подход повышения точности восстановления концентраций OAK, показавший свою работоспособность.

На основе полученных результатов можно сделать основные следующие выводы:

1. Точность восстановления вектора концентраций OAK кардинальным образом определяется точностью модели, отражающей оптические свойства (в различные вегетационные периоды) конкретного водоема, подлежащего дистанционному зондированию.

131

2. В случае отсутствия гидрооптической модели конкретного водоема она может быть создана/сконструирована на основе имеющихся гидрооптических моделей для других водоемов путем их комбинаций.

3. Существующие гидрооптические модели должны быть дополнены значениями спектральными значениями квантовых выходов флюоресценции хлорофилла фитопланктона и РОВ для зондируемых водоемов.

4. Повышение точности восстановления параметров качества воды возможно на путях применения итерационного подхода, предназначенного для адекватного учета влияния трасспектральных процессов на спектр полезного сигнала.

5. Оптимальные условия дистанционного зондирования взволнованной водной поверхности обеспечиваются в околополуденные часы в средних широтах, при малых углах визирования и малых скоростях приводного ветра.

Таким образом, проведенное научное исследование позволило выработать операционные процедуры, обеспечивающие достижение значительно более высокой точности восстановления содержания OAK даже в водах, отличающихся повышенной гидрооптической сложностью.

Полученные в диссертационной работе результаты могут быть успешно использованы для оперативной обработки спутниковых изображений водных объектов различного трофического статуса при условии успешного решения задачи атмосферной коррекции для случая вод второго типа.

132

Библиография Диссертация по географии, кандидата физико-математических наук, Лясковский, Антон Владимирович, Санкт-Петербург

1. Гершун А. О фотометрии мутных сред //Тр. Гос. Океанограф. Ин-та. 1936. Т. 11. С. 99-152.

2. Карнаухов В. Н. Спектральный анализ клеток в экологии и охране окружающей среды (Клеточный биомониторинг). Пущино: Изд-во НЦБИ, 1988. 125 с.

3. Кондратьев К. Я., Москаленко Н. К., Поздняков Д. В. Атмосферный аэрозоль. Л.: Наука, 1983. 230 с.

4. Кондратьев К. Я., Поздняков Д. В. Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. Л.: Наука, 1988. 181 с.

5. Кондратьев К. Я., Поздняков Д. В., Исаков В. Ю. Радиационно-гидрооптические эксперименты на озерах. Л.: Наука, 1990. 116 с.

6. Кондратьев К. Я., Бузников А. А., Покровский О. М. Глобальная экология: дистанционное зондирование./ Итоги науки и техники. Атмосфера, океан, космос Программа «Разрезы». Т. 14. - М.: ВИНИТИ, 1992. - 310 с.

7. V-- 7. Кондратьев К. Я., Поздняков Д. В. Воздействие обусловленной спадом общего содержания озона ультрафиолетовой солнечной радиации на водные экосистемы. II. Гидрооптические аспекты проблемы. // Исслед. Земли из космоса. 1996. №6. С. 105-114.

8. Марцинкевич Л. Распределение наклонов элементарных площадок взволнованной морской поверхности. // Метеорология и Гидрология. 1970. N0. 10. С. 41 -55.

9. Мулламаа Ю. А. Атлас оптических характеристик взволнованной морской поверхности. Тарту: Валгус. 1964. 531 с.

10. Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. 372 с.

11. Петрова Н. А. Сукцессия фитопланктона при антропогенном эвтрофировании больших озер. Л.: Наука, 1990. 200 с.133

12. Поздняков Д. В., Кондратьев К. Я. Дистанционное зондирование природных вод в видимом диапазоне спектра. I. Формирование яркости водной поверхности. // Исслед. Земли из космоса. 1997. №1. С. 3-22.

13. Поздняков Д. В., Кондратьев К. Я. Дистанционное зондирование природных вод в видимом диапазоне спектра. II. Пути решения обратных задач. // Исслед. Земли из космоса. 1997. №4. С. 3-25.

14. Поздняков Д. В., Лясковский А. В. Модельное исследование адекватности ряда алгоритмов восстановления параметров качества вод внутренних водоемов и морских прибрежных вод. // Исслед. Земли из космоса. 1999. №1. С. 70-78.

15. Сенашева М. Ю. Метод обратного распространения точности для оценки погрешности сигналов и весов синапсов нейронных сетей. // Всероссийская научно-техническая конференция «Нейроинформатика-99». Сборник научных трудов. 1999. Ч. 1. С. 130-137.

16. Скурихин А. Н. Нейронные сети: определения, концепции, применение. М.: ЦНИИатоминформ, 1991. 53 с.

17. Фадеев В. В., Чекалюк А. М., Чу баров В. В:. Нелинейная лазерная флуорометрия сложных органических соединений. // Докл. АН СССР. Т. 262. №2. С. 338-342.

18. Abbott М. R. Biological oceanography. // NASA Techn. Memo. 86129. Goddard Space Flight Center. Greenbelt, Md. 1984. Pt. 2. P. 11-13.

19. Anonymous. International Lighting Vocabulary (Paris: Publication du Comite International d'Eclairage). 1957. P. 136.

20. Anonymous. The book of Canadian lakes. Eds. R.J. Allan, M. Dickman, V. Cromie. // The Canadian Association of Water Quality. Monographic Series. 1998. No.3.

21. Austin R. W. The remote sensing of spectral radiance from below the ocean surface. // Optical aspects of oceanography. London: Elsvier Pub. 1974. P. 317344.134

22. Baker K. S., Smith R. C. Irradiance transmittance through air-water interface. // Ocean Optics XII, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1997. V. 1302. P. 556-565.

23. Barlett J. S. The influence of Raman scattering by seawater and fluorescence by phytoplankton on ocean color. // M. S. Thesis. Halifax: Dalhousie University.1996.

24. Barlett J. S. A comparison of models of sea-surface reflectance incorporating Raman scattering by water. // Ocean Optics XII, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng.1997. V. 2963. P. 592-602.

25. Barlett J. S., Voss K. J., Sathendranath S., Vodacek A. Raman scattering by pure water and seawater. // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 3324-3332.

26. Berwald J., Stramski D., Mobley C. D., Kiefer D. D. Effect of Raman scattering on the averange cosine and diffuse attenuation coefficient of irradiance in the ocean. // Limnology and Oceanography. 1998. V. 43. P. 564-576.

27. Bricaud A., Morel A., Prieur L. Optical efficiency factors of some phytoplankters. //Lnnnol. Oceanogr. 1983. V. 28. No. 5. P. 816-832.

28. 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 C7. P. 13321 13332.

29. Bukata R. P., Jerome J. H., Kondratyev K. Ya., Pozdnyakov D. V. Optical properties and remote sensing of coastal and inland waters. CRC Press, Boca Raton e. a., 1995, P. 350.

30. Bukata R. P., Jerome J. H., Kondratyev K. Ya., Pozdnyakov D. V. Modeling the radiometric color of inland waters: implications to a) remote sensing and b) limnological color scales. // J. Great Lakes Res. 1997. V. 23. P. 254-269.

31. Burt W. V. A note on the reflection of diffuse radiation by the sea surface. // Trans. Amer. Geophys. Union. 1953. V. 34. P. 199-200.135

32. Coble P. G., Brophy M. M. Investigation of the geochemistry of dissolved organic matter in coastal waters using optical properties. // Ocean Optics XII, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1996. V. 494. P. 56-61.

33. Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the sun's glitter. //J. Opt. Soc. Am. 1954. Vol. 44. No. 11. P. 838 849.

34. Culver M. E., Perry M. J. Calculation of solar-induced fluorescence in the surface and subsurface waters. // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. No C5. P. 10563-10572.

35. ENVISAT-1: Mission Sc System Summary. European Space Agency Piibl. 1998. 84 p.

36. Estep L. Bottom influence on the estimation of chlorophyll concentration in water from remotely sensed data. // Int. J. Rem. Sens. 1994. V. 15. P. 205-214.

37. Fisher J., Kronfeld U. Sun-stimulated chlorophyll fluorescence. Influence of oceanic properties. //Int. J. Rem. Sens. 1990. V. 11. P. 2125-2147.

38. Gallie E.A., Murtha P.A. A modification of Chromaticity Analysis to Separate the Effects of Water Quality Variables. //Rem. Sens. Environm. 1993. Vol. 44. P. 47 -65. ■./■■■f .

39. Ge Yu., Gordon H. R., Voss K. J. Simulation of inelastic scattering contributions to the irradiance field in the ocean: variation in Fraunhofer line depth. // Appl. Opt. 1993. V. 32. No 21. P. 4028-4036.

40. Gordon H. R., Brown O. B., Jacobs M. M. Computed relationships between the inherent and apparent optical properties of a flat homogeneous ocean. // Appl. Opt. 1975. V. 14. P. 417-427.

41. Gordon H. R. Diffuse reflectance of the ocean: the theory of its augmentation by chlorophyll-a fluorescence at 685 nm.// Appl. Opt. 1979. V. 18. P. 1161-1166.

42. Gordon H. R., Clark D. K., Brown J. W. Phytoplankton pigments concentrations in the middle Atlantic Bight: comparison of ship determinations and CZCS estimates. //Appl. Opt. 1983. V. 22. P. 20-36.

43. Gordon H. R., Morel A. Y. Remote assessment of ocean color for interpretation of satellite visible imagery. A review. New York etc. 1983. 114 p.136

44. Gordon H. R., Brown J. W., Evans R. H. Exact Rayleigh scattering calculations for use with the Nimbus-7 Coastal Zone Color Scanner. // Appl. Opt. 1988. V. 27. No 5. P. 852-871.

45. Gordon H. R. Dependence of the diffuse reflectance of natural waters on the sun angle. //Limnology and Oceanography. 1989. V. 34. P. 1484-1489.

46. Gordon H. R., Wang M. Retrieval of water leaving radiance and aerosol optical thickness over the oceans with SeaWiFS: a preliminary algorithm. // Appl. Opt. 1994. V. 33. No. 3. P. 443-452.

47. Gordon J. I. Directional radiance (luminance) of the sea surface. // La Jolla: Scripps Institution of Oceanography, CA 92093, SIO Ref. 69-20. 1969.

48. Green S., Blough N. V. Optical absorption and fluorescence properties of chromophoric dissolved organic matter in natural waters. // Limnology and Oceanography. 1994. V. 39. P. 1903-1916.

49. Gregg W. W., Carder K. L. A simple spectral solar irradiance model for cloudless maritime atmospheres. // Limnology and Oceanography. 1990. V. 35. P. 16571675.

50. Haltrin V. I., Kattawar G. W. Effects of Raman scattering and fluorescence on apparent optical properties of sea water. Texas: Texas A&M University, College Station, Texas 77843-4242, USA. 1991.

51. Iturriaga R., Mitchell B. G., Kiefer D. A. Microphotometric analysis of individual particle absorption spectra. //Limnol. Oceanogr. 1988. V. 33. No. 1. P. 128-135.

52. Jerlov N. G. Marine optics. // Oceanography series. Amsterdam: Elsever. 1976. V. 14.

53. Jerome J. H., Bukata R. P., Braton J. E. Utilizing the components of vector irradiance to estimate the scalar irradiance in natural waters. // Appl. Opt. 1988. V. 27. P. 4012-4018.

54. Joseph J. Untersuchungen Uber- und Unterlichtsmessungen im Meer und uber ihren Zusammenhang mit Durchsichtigkeitsmessungen. // Deutsche Hydrogr. 1950. Z. 3.No. 5/6. P. 324-335.137

55. Judd D. B. Fresnel reflection of diffusely incident light. National Bureau of Standards Research. Paper RP 1504. // J. Res. N. B. S. 1942. P. 329.

56. Kirk J. T. O. Monte Carlo procedure for simulating the penetration of light into natural waters. CSISRO (Australia). Division of plant industry tech. Paper No. 16, 1981, P. 16.

57. Kirk J. T. O. Dependence of relationship between inherent and apparent optical properties of water on solar altitude. // Limnol. Oceanogr. 1984. V. 29. P. 350356.

58. Kondratyev K.Ya. Radiation in the atmosphere. New York and London: Academic Press. 1969. 912 p.

59. Kondratyev K. Ya., Pozdnyakov D. V., Pettersson L. H. Water quality remote sensing in the visible spectrum. // Int. J. Rem. Sens. 1988. V. 19. No 5. P. 957979.

60. Kondratyev K. Ya., et al. Limnology and Remote Sensing: A Contemporary approach. Chichester: Springer-Praxis. 1999. 405 p.

61. Lee Z, P., Carder K. L., Hawes S. K., Steward R. G., Peacock T. G., Davis C. O. Model for the interpretation of hyperspectral remote-sensing reflectance. // Appl. Opt. 1994. V. 33. P. 5721-5732.

62. Longuet-Higgms M.S. The statistical geometry of a random surface // Proc. Of Symp. Appl. Math. 1962. P. 104-143.

63. Maritorena S., Morel A., Gentili B. Diffuse reflectance of oceanic shallow waters: influence of water depth and bottom albedo. // Limnol. Oceanogr. 1994. V. 39. No. 7. P. 1689-1703.

64. Marshall B. R., Smith R. C. Raman scattering and in-water ocean optical properties // Appl. Opt. 1990. V. 29. P. 71-84.

65. Maul G. A. Introduction to satellite oceanography. Dordrecht, The Netherlands: Martinus Nijhoff Publ. 1985. P. 423-424.

66. McClain C. R., Yen Eueng-nan. CZCS bio-optical algorithm comparison. Case studies for the SeaWiFS calibration and validation. NASA Tech. Memo. 104566. V. 13. NASA Publ., Greenbelt, Maryland, 1993. 52 p.138

67. Mitchell B. G., Kiefer D. A. Variability in pigment specific particulate fluorescence and absorption spectra in the northeastern Pacific Ocean. // Deep-Sea Res. 1988. V. 35. No. 5. P. 665-689.

68. Morel A., Prieur L. Analysis of variations in ocean color // Limnol. Oceanogr. 1977. V. 22. No. 4. P. 709-722.

69. Morel A. Optical modeling of the upper ocean in relation to its biogenous matter content (case I waters). //J. Geophys. Res. 1988. V. 93. No. C9. P. 10749-10768.

70. Morel A., Gentili B. Diffuse reflectance of oceanic waters: its dependence on sun angle as influenced by the molecular scattering contribution. // Appl. Opt. 1991. V. 30. No 30. P. 4427-4438.

71. O'Neill N. T., Miller J. R. On calibration of passive optical bathymetry through depth soundings. Analysis and treatment of errors resulting from the spatial variation of environmental parameters. // Int. J. Rem. Sens. 1989. V. 10. P. 14811501.

72. Overview of Current and Planned Spaceborne Earth Observation Systems: missions, instruments, orbits, products, indicative costs. Ispra: Joint Research Centre, European Commission Publ. 1998. 50 p.

73. Philpot W. Radiative transfer in stratified waters: a single-scattering approximation for irradiance. // Appl. Opt. 1987. V. 26. P. 4123-4132.

74. Porto S. Angular dependence and depolarization ratio of the Raman effect. // J. Opt. Soc. Am. 1966. V. 56. P. 1585-1589.

75. Pozdnyakov D. V., Kondratyev K. Ya., Bukata R. P., Jerome J. H. Numerical modelling of natural water color: implications for remote sensing and limnological studies. // Int. J. Rem. Sens. 1998. V. 15. P. 205-214.139

76. Pozdnyakov D. V., Kondratyev K. Ya. Remote sensing of natural waters in the visible band of the spectrum. III. Some special questions. // Earth. Obs. Rem. Sens. 1999. V. 15. P. 365-385.

77. Preisendorfer R. W. Exact reflectance under a cardioidal luminance distribution. // Q. J. Roy. Meteorol. Soc. 1957. V. 83. P. 540-551.

78. Preisendorfer R. W. Application of radiative transfer theory to light measurements in the sea. Paris: Monogr. Int. Union Geod. Geophys. 1958. No. 10. P. 11-30.

79. Roesler C. S., Perry M. J., Carder K. L. Modeling in situ phytoplankton absorption from total absorption spectra in productive inland marine waters. // Limnol. Oceanogr. 1989. V. 34. No. 8. P. 510-523.

80. Roesler C. S., Perry M. J. In situ phytoplankton absorption, fluorescence emission, and particulate backscattering spectra determined from reflectance. // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. No. C7. P. 13279-13294.

81. Satheyndranath S., Prieur S. L., Morel. A. A three-component model of ocean color and its application to remote sensing of phytoplankton pigments in coastal waters. //Int. J. Rem. Sens. 1989. V. 10. P. 1373-1394.

82. Shifrin K.S., Zolotov I.G. On the consideration of the slope distribution of the sea surface elements when analyzing remote sensing data // J. Geophys. Res. (in press).140

83. Smith R. C., Baker K. S. Optical properties of the clearest natural waters (200 -800 nm). //Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 177-184.

84. SNNS. Stuttgart Neural Network Simulator. User Manual, electronic version 3.1. University of Stuttgart, Institute for parallel and distributed high performance systems. 1995.

85. Spitzer D., Dirks R. W. J. Bottom influence on the reflectance of the sea. // Int. J. Rem. Sens. 1987. V. 8. No. 3. P. 279-290.

86. Stramski D., Rosenberg G., Legendre L. Photosynthetic and optical properties of marine chlorophyte Dunaliella tertiolecta grown under fluctuating light caused by surface-wave focusing. //Marine Biology. 1993. V. 115. P. 363-372.

87. Sturm B. CZCS processing algorithms. // Ocean color: theory and applications in a decade of CZCS experience. Netherlands: ESAPubl. 1993. P. 95-116.

88. Sugihara S., Kishino M., Okami N. Contribution of Raman scattering to upward irradiance in the sea. // J. Oceanogr. Soc. Japan. 1984. V. 40. P. 397-404.

89. Tassan S. Local algorithms using SeaWiFS data for the retrieval of phytoplankton pigments, suspended sediment and yellow substance in coastal waters. // Appl. Opt. 1994. V. 33. No 12. P. 2369-2378.

90. Viljanen M., Rumyantsev V., Slepukhina T., Simola H. Ecological state of lake Ladoga. // Karelia and St. Petersburg (E. Varis and S. Porter eds.). Jyvaskyla: Joensuu Univ. Press. Publ. 1996. P. 107-128.

91. Vodacek A., Green S. A., Blough N. V. An experimental model of the solar-stimulated fluorescence of chromophoric dissolved organic matter. // Limnology and Oceanography. 1994. V. 39. P. 1-11.

92. Waters K. J. Effects of Raman scattering on water-leaving radiance. // J. Geoph. Res. 1995. V. 100. No C7. P. 13151-13161.

93. Weaver E. C., Wrigley R. Factors affecting the identification of phytoplankton groups by means of remote sensing. NASA Tech. Memorandum 108799. Moffet Field. CA: NASA Publ. 1994. 117 p.