Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 554-564
Корреляции между параметрами индикатрис рассеяния света в поверхностных водах Средиземного моря
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-554-564Аннотация
Цель. Цель работы – изучение взаимных связей между параметрами индикатрис рассеяния по данным их измерений в поверхностных водах Средиземного моря.
Методы и результаты. В работе использованы данные измерений индикатрис рассеяния в пробах воды, взятых в нескольких районах южной части Средиземного моря от Гибралтарского пролива до моря Леванта, а также в Эгейском море в центральной части и возле пролива Дарданеллы (май 1998 г.). Рассчитаны следующие параметры индикатрис рассеяния: общий показатель рассеяния, коэффициент асимметрии, коэффициент вариации. Максимальные и минимальные значения составили соответственно 0,21 и 0,09 м–1 для показателя рассеяния; 77,8 и 33,9 для коэффициента асимметрии. Коэффициент вариации угловых показателей рассеяния изменялся в пределах 35–79 % c максимумом на угле 7,5° и минимумом на угле 162,5°. Получены связи коэффициента вариации с углом рассеяния, коэффициента асимметрии с показателем рассеяния и угловых показателей рассеяния с суммарным показателем рассеяния. Они все имеют высокие (более 0,9) коэффициенты корреляции. Общей связи коэффициента вариации с углом рассеяния не соответствует значение коэффициента при угле 2°, равное 51,7 %. Объясняется это разным вкладом в индикатрису рассеяния света крупной и мелкой взвеси. При угле, равном 2°, основной вклад дает крупная (органическая) взвесь, при углах со значениями более 7,5° – мелкая (минеральная) взвесь.
Выводы. Величины коэффициента вариации угловых показателей рассеяния под углами, равными 2° и превышающими 7,5°, показывают изменчивость в Средиземном море концентрации крупной и мелкой взвеси соответственно. Полученное уравнение связи коэффициента асимметрии индикатрисы с общим показателем рассеяния в водах Средиземного моря близко к аналогичному уравнению связи в тропических водах Атлантического океана. Для определения общего показателя рассеяния по величине углового показателя рассеяния для индикатрис Средиземного моря оптимальным является угол, равный 3,5°.
Список литературы
1. Шибанов Е. Б. Расчет параметров глубинного режима в море с использованием данных об индикатрисе рассеяния света морской водой // Процессы в геосредах. 2020. № 2 (24). С. 738–745.
2. Оптические методы исследования океана: дистанционные и контактные наблюдения / Е. Б. Шибанов [и др.] // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы : тезисы докладов XXIV Международного симпозиума. Томск : Изд-во ИОА СО РАН, 2018. С. Р18–Р27. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
3. Определение концентрации примесей в морской воде по спектру яркости восходящего излучения / М. Е. Ли [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 17–33. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33
4. Inherent optical properties of the Sargasso Sea / G. Kullenberg [et al.]. Copenhagen : Københavns Universitet, Institut for Fysisk Oceanografi, 1970. 18 p. (Institute of Physical Oceanography Report ; No. 11).
5. Petzold T. J. Volume Scattering Functions for Selected Ocean Waters : final report. San Diego, USA : University of California, 1972. 79 p. URL: https://escholarship.org/uc/item/73p3r43q (date of access: 09.09.2021).
6. Светорассеивающие свойства морской воды в различных районах / О. В. Копелевич [и др.] // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. М. : Наука, 1974. С. 113–116.
7. Measurement and modeling of volume scattering functions for phytoplankton from Norwegian coastal waters / E. Marken [et al.] // Journal of Marine Research. 2017. Vol. 75, no. 5. P. 579–603. https://doi.org/10.1357/002224017822109514
8. Mankovsky V. I., Haltrin V. I. Light scattering phase functions measured in waters of Mediterranean Sea // OCEANS '02 MTS/IEEE : conference proceedings. Piscataway : IEEE, 2002. Vol. 4. P. 2368–2373. doi:10.1109/OCEANS.2002.1191998
9. Mankovsky V. I., Solov'ev M. V. Seawater phase scattering functions in the Black Sea // Current problems in optics of natural waters (ONW'2013) : VII International conference, St.-Petersburg, Russia, September 10–14, 2013 : proceedings. Saint Petersburg : Nauka, 2013. P. 293–296.
10. Shybanov E. B., Lee M. E. Light scattering properties of seawater in the central and northwestern part of the Black Sea // Current problems in optics of natural waters (ONW'2013) : VII International conference, St.-Petersburg, Russia, September 10–14, 2013 : proceedings. Saint Petersburg : Nauka, 2013. P. 252–257.
11. Маньковский В. И. Параметры индикатрис рассеяния света в тропических водах Атлантического океана // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31, № 8. С. 1–6. doi:10.15372/AOO20180806
12. Measurements and modeling of the volume scattering function in the coastal northern Adriatic Sea / J.-F. Berthon [et al.] // Applied Optics. 2007. Vol. 46, iss. 22. P. 5189–5203. https://doi.org/10.1364/AO.46.005189
13. Маньковский В. И., Маньковская Е. В. Пространственная изменчивость оптических характеристик вод в южной части Средиземного моря в весенний период (май 1998 года) // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 53–65. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-53-65
14. Measurements of scattering function of sea water in Southern Baltic / W. Freda [et al.] // The European Physical Journal Special Topics. 2007. Vol. 144, iss. 1. P. 147–154. https://doi.org/10.1140/epjst/e2007-00119-6
15. Optical properties of the particles in the Crimea coastal waters (Black Sea) / M. Chami [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110, iss. C11. C11020. doi:10.1029/2005JC003008
16. Левин И. М. Малопараметрические модели первичных оптических характеристик морской воды // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 3. С. 3–22.
17. Левин И. М., Копелевич О. В. Корреляционные соотношения между первичными гидрооптическими характеристиками в спектральном диапазоне около 550 нм // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 374–379.
18. Oishi T. Significant relationship between the backward scattering coefficient of sea water and the scatterance at 120° // Applied Optics. 1990. Vol. 29, iss. 31. P. 4658–4665. https://doi.org/10.1364/AO.29.004658
19. Левин И. М., Радомысльская Т. М. Оценка гидрооптических характеристик по глубине видимости диска Секки // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 2. С. 239–246.
20. Haltrin V. I. Empirical algorithms to restore a complete set of inherent optical properties of seawater using any two of these properties // Canadian Journal of Remote Sensing. 2000. Vol. 26, iss. 5. P. 440–445. https://doi.org/10.1080/07038992.2000.10855275
21. Маньковский В. И., Шемшура В. Е. Связи между интегральными характеристиками морских индикатрис рассеяния света // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26, № 3. С. 325–327.
22. Маньковский В. И. О соотношении между интегральным показателем рассеяния света морских вод и показателем рассеяния в фиксированном направлении // Морские гидрофизические исследования. Севастополь : МГИ, 1971. № 6 (56). С. 145–154.
23. Маньковский В. И. Экспериментальные и теоретические данные о точке пересечения индикатрис рассеяния света морской взвесью // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11, № 12. С. 1284–1293.
24. Шифрин К. С. Рассеяние света в мутной среде. М. ; Л. : Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1951. 288 с.
25. Копелевич О. В. Малопараметрическая модель оптических свойств морской воды. Физическая модель ослабления // Оптика океана. Том 1. Физическая оптика океана / Под ред. А. С. Монина. М. : Наука, 1983. С. 208–234.
26. Маньковский В. И. Изменение коэффициента асимметрии индикатрисы рассеяния света природных вод, содержащих органические частицы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3. С. 373–378. doi:10.7868/S0002351516030081
27. Средиземное море // Океанографическая энциклопедия / Под ред. Р. У. Фейрбриджа. Пер. с англ. Л. : Гидрометеоиздат, 1974. С. 489–495.
28. Копелевич О. В., Буренков В. И. О нефелометрическом методе определения общего показателя рассеяния света морской водой // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Том 7, № 12. С. 1280–1289.
29. Morel A. Indicatrices de diffusion calculees par la theorie de mie pour les systemes polydisperses, en vue de l׳application aux particles marines : rapport. Villefrancne-sur-mer, France : Centre de recherches Oceanographiques, 1973. P. 1–75.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 554-564
Correlations between the Parameters of the Light Volume Scattering Functions in the Mediterranean Sea Surface Waters
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-554-564Abstract
Purpose. The aim of the work is to study relationships between the parameters of the light volume scattering functions based on the data of their measurements in the Mediterranean Sea surface waters.
Methods and Results. The data of measurements of the light volume scattering functions in the water samples taken in a few regions of the southern Mediterranean Sea, namely from the Strait of Gibraltar to the Levant Sea, as well as in the central part of the Aegean Sea and near the Dardanelles Strait (May, 1998) were used. The following parameters of the volume scattering functions were calculated: total scattering coefficient, and asymmetry and variation coefficients. The maximum and minimum values of the scattering coefficient were 0.21 and 0.09 m–1, respectively; and those for the asymmetry coefficient – 77.8 and 33.9. The variation coefficient of the angle scattering coefficients changed within 35– 79 %, its maximum and minimum values fell on the angles 7.5° and 162.5°, respectively. Obtained were the relations between the variation coefficient and the scattering angle, the asymmetry coefficient and the scattering coefficient, and the angle scattering coefficients and the total scattering coefficient. All of them possess high (more than 0.9) correlation coefficients. The coefficient value (51.7 %) at the angle 2° does not correspond to general relation of the variation coefficient to the scattering angle. This fact is explained by different contributions of coarse and fine suspended matter to the light volume scattering function. At the angle 2°, the main contribution is made by a coarse (organic) suspended matter, whereas at the angles exceeding 7.5° – by a fine (mineral) suspension.
Conclusions. The values of the variation coefficient of the angle scattering coefficient at the angles equal to 2° and exceeding 7.5° demonstrate variability of the coarse and fine suspended matter in the Mediterranean Sea, respectively. The equation for the relation between the asymmetry coefficient of the light volume scattering functions and the total scattering coefficient obtained for the Mediterranean Sea waters is close to the analogous one obtained for the Atlantic Ocean tropical waters. The angle 3.5° is optimal for determining the total scattering coefficient using the angle scattering coefficient for the Mediterranean Sea functions.
References
1. Shibanov E. B. Raschet parametrov glubinnogo rezhima v more s ispol'zovaniem dannykh ob indikatrise rasseyaniya sveta morskoi vodoi // Protsessy v geosredakh. 2020. № 2 (24). S. 738–745.
2. Opticheskie metody issledovaniya okeana: distantsionnye i kontaktnye nablyudeniya / E. B. Shibanov [i dr.] // Optika atmosfery i okeana. Fizika atmosfery : tezisy dokladov XXIV Mezhdunarodnogo simpoziuma. Tomsk : Izd-vo IOA SO RAN, 2018. S. R18–R27. 1 elektron. opt. disk (CD-ROM).
3. Opredelenie kontsentratsii primesei v morskoi vode po spektru yarkosti voskhodyashchego izlucheniya / M. E. Li [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 6. S. 17–33. doi:10.22449/0233-7584-2015-6-17-33
4. Inherent optical properties of the Sargasso Sea / G. Kullenberg [et al.]. Copenhagen : Københavns Universitet, Institut for Fysisk Oceanografi, 1970. 18 p. (Institute of Physical Oceanography Report ; No. 11).
5. Petzold T. J. Volume Scattering Functions for Selected Ocean Waters : final report. San Diego, USA : University of California, 1972. 79 p. URL: https://escholarship.org/uc/item/73p3r43q (date of access: 09.09.2021).
6. Svetorasseivayushchie svoistva morskoi vody v razlichnykh raionakh / O. V. Kopelevich [i dr.] // Gidrofizicheskie i gidroopticheskie issledovaniya v Atlanticheskom i Tikhom okeanakh. M. : Nauka, 1974. S. 113–116.
7. Measurement and modeling of volume scattering functions for phytoplankton from Norwegian coastal waters / E. Marken [et al.] // Journal of Marine Research. 2017. Vol. 75, no. 5. P. 579–603. https://doi.org/10.1357/002224017822109514
8. Mankovsky V. I., Haltrin V. I. Light scattering phase functions measured in waters of Mediterranean Sea // OCEANS '02 MTS/IEEE : conference proceedings. Piscataway : IEEE, 2002. Vol. 4. P. 2368–2373. doi:10.1109/OCEANS.2002.1191998
9. Mankovsky V. I., Solov'ev M. V. Seawater phase scattering functions in the Black Sea // Current problems in optics of natural waters (ONW'2013) : VII International conference, St.-Petersburg, Russia, September 10–14, 2013 : proceedings. Saint Petersburg : Nauka, 2013. P. 293–296.
10. Shybanov E. B., Lee M. E. Light scattering properties of seawater in the central and northwestern part of the Black Sea // Current problems in optics of natural waters (ONW'2013) : VII International conference, St.-Petersburg, Russia, September 10–14, 2013 : proceedings. Saint Petersburg : Nauka, 2013. P. 252–257.
11. Man'kovskii V. I. Parametry indikatris rasseyaniya sveta v tropicheskikh vodakh Atlanticheskogo okeana // Optika atmosfery i okeana. 2018. T. 31, № 8. S. 1–6. doi:10.15372/AOO20180806
12. Measurements and modeling of the volume scattering function in the coastal northern Adriatic Sea / J.-F. Berthon [et al.] // Applied Optics. 2007. Vol. 46, iss. 22. P. 5189–5203. https://doi.org/10.1364/AO.46.005189
13. Man'kovskii V. I., Man'kovskaya E. V. Prostranstvennaya izmenchivost' opticheskikh kharakteristik vod v yuzhnoi chasti Sredizemnogo morya v vesennii period (mai 1998 goda) // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 1. S. 53–65. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-53-65
14. Measurements of scattering function of sea water in Southern Baltic / W. Freda [et al.] // The European Physical Journal Special Topics. 2007. Vol. 144, iss. 1. P. 147–154. https://doi.org/10.1140/epjst/e2007-00119-6
15. Optical properties of the particles in the Crimea coastal waters (Black Sea) / M. Chami [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2005. Vol. 110, iss. C11. C11020. doi:10.1029/2005JC003008
16. Levin I. M. Maloparametricheskie modeli pervichnykh opticheskikh kharakteristik morskoi vody // Fundamental'naya i prikladnaya gidrofizika. 2014. T. 7, № 3. S. 3–22.
17. Levin I. M., Kopelevich O. V. Korrelyatsionnye sootnosheniya mezhdu pervichnymi gidroopticheskimi kharakteristikami v spektral'nom diapazone okolo 550 nm // Okeanologiya. 2007. T. 47, № 3. S. 374–379.
18. Oishi T. Significant relationship between the backward scattering coefficient of sea water and the scatterance at 120° // Applied Optics. 1990. Vol. 29, iss. 31. P. 4658–4665. https://doi.org/10.1364/AO.29.004658
19. Levin I. M., Radomysl'skaya T. M. Otsenka gidroopticheskikh kharakteristik po glubine vidimosti diska Sekki // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2012. T. 48, № 2. S. 239–246.
20. Haltrin V. I. Empirical algorithms to restore a complete set of inherent optical properties of seawater using any two of these properties // Canadian Journal of Remote Sensing. 2000. Vol. 26, iss. 5. P. 440–445. https://doi.org/10.1080/07038992.2000.10855275
21. Man'kovskii V. I., Shemshura V. E. Svyazi mezhdu integral'nymi kharakteristikami morskikh indikatris rasseyaniya sveta // Izvestiya AN SSSR. Fizika atmosfery i okeana. 1990. T. 26, № 3. S. 325–327.
22. Man'kovskii V. I. O sootnoshenii mezhdu integral'nym pokazatelem rasseyaniya sveta morskikh vod i pokazatelem rasseyaniya v fiksirovannom napravlenii // Morskie gidrofizicheskie issledovaniya. Sevastopol' : MGI, 1971. № 6 (56). S. 145–154.
23. Man'kovskii V. I. Eksperimental'nye i teoreticheskie dannye o tochke peresecheniya indikatris rasseyaniya sveta morskoi vzves'yu // Izvestiya AN SSSR. Fizika atmosfery i okeana. 1975. T. 11, № 12. S. 1284–1293.
24. Shifrin K. S. Rasseyanie sveta v mutnoi srede. M. ; L. : Gos. izd-vo tekhn.-teoret. lit., 1951. 288 s.
25. Kopelevich O. V. Maloparametricheskaya model' opticheskikh svoistv morskoi vody. Fizicheskaya model' oslableniya // Optika okeana. Tom 1. Fizicheskaya optika okeana / Pod red. A. S. Monina. M. : Nauka, 1983. S. 208–234.
26. Man'kovskii V. I. Izmenenie koeffitsienta asimmetrii indikatrisy rasseyaniya sveta prirodnykh vod, soderzhashchikh organicheskie chastitsy // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2016. T. 52, № 3. S. 373–378. doi:10.7868/S0002351516030081
27. Sredizemnoe more // Okeanograficheskaya entsiklopediya / Pod red. R. U. Feirbridzha. Per. s angl. L. : Gidrometeoizdat, 1974. S. 489–495.
28. Kopelevich O. V., Burenkov V. I. O nefelometricheskom metode opredeleniya obshchego pokazatelya rasseyaniya sveta morskoi vodoi // Izvestiya AN SSSR. Fizika atmosfery i okeana. 1971. Tom 7, № 12. S. 1280–1289.
29. Morel A. Indicatrices de diffusion calculees par la theorie de mie pour les systemes polydisperses, en vue de l׳application aux particles marines : rapport. Villefrancne-sur-mer, France : Centre de recherches Oceanographiques, 1973. P. 1–75.
