Spectral Approach to Assessment of Phytoplankton Photosynthesis Rate in the Black Sea Based on Satellite Information: Methodological Aspects of the Regional Model Development

Abstract

The work presents the underpinning for using of the spectral approach for assessment of primary productivity indicators based on remote sensing data. Existing information has been analysed. Problems, which should be solved for practical implementation of the spectral model of primary production in the Black Sea based on satellite data, have been identified. It has been shown that application of the regional algorithms for the assessment of the Black Sea primary productivity indicators on the basis of satellite data has improved the accuracy of model assessment of phytoplankton pigment concentration in the sea. Obtained for the last decade data of bio-optical water properties and photo-physiological characteristics of phytoplankton in the Black Sea allow to switch to the new level of regional models, which take into account not only amount, but also the spectral composition of radiation available for photosynthesis. The spectral model takes into account differences in phytoplankton light absorption efficiency between seasons as well as between euphotic zone layers separated by thermocline. Conceptually, this model is more realistic, and could be used not only for operational monitoring of the Black Sea waters, but also for development of predictive models for the sea ecosystem changes.

Сравнение значений концентрации хлорофилла a, восстановленных по данным спектрорадиометра MODIS-Aqua, с результатами измерений в прибрежных водах Чёрного моря в районе Севастополя

“…1), подчёркивает необходимость регионального подхода в решении этой проблемы. Использование регионального трёхканального алгоритма для расчёта стандартных продуктов [5] позволит повысить точность определения содержания хлорофилла а на основе учёта характера связи между хлорофиллом (Chl) и пигментами фитопланктона (aph), а также её изменчивости под влиянием факторов среды [6]…”

“…Для повышения точности определения концентрации хлорофилла a при дистанционном зондировании необходимо применение регионального подхода. Ключевые слова: хлорофилл a, дистанционное зондирование, стандартный спутниковый продукт, MODIS-Aqua, прибрежные воды, Чёрное море Концентрация хлорофилла a (далее -C a ) в поверхностном слое моря является одним из ключевых параметров оценки продуктивности вод [6,9,13,22]. Его можно оперативно определять при помощи дистанционного зондирования, в частности на основе данных спектрорадиометра, расположенного на борту спутника Aqua (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer aboard the Aqua Satellite, MODIS-Aqua).…”

“…Различия между закономерностями, характерными для конкретной акватории, и закономерностями, заложенными в стандартные алгоритмы, -одна из причин наблюдаемого некорректного отображения годовой динамики C a в Чёрном море при использовании спутниковых данных [12]. Отмечено, что в глубоководной части моря различия между данными спутникового продукта и результатами измерений in situ не являются однотипными в сезонном аспекте: зафиксированы завышение величин C a в летнее время и занижение -в период зимне-весеннего цветения фитопланктона [6].…”

Dependence of the Photosynthesis Quantum Yield on Phytoplankton Light Absorption: Equations for Assessing Primary Production in the Black Sea

“…Цель настоящей работы состояла в исследовании зависимости квантового выхода фотосинтеза от поглощенной фитопланктоном световой энергии для получения количественных зависимостей квантового выхода от условий среды, что требуется для расчета первичной продукции Черного моря по спектральному алгоритму [4,8]. [9].…”

“…Проведена модификация уравнения расчета квантового выхода к условиям Черного моря в соответствии с подходом, разработанным Б. Возняком с соавторами для других акваторий [8]. Полученная для Черного моря зависимость необходима для проведения расчетов первичной продукции Черного моря на основе спектрального подхода с использованием спутниковых данных [4].…”