Satellite derived primary production estimates and their comparison with the ship data in the Sea of Japan

Abstract

Сравнение характеристик, полученных в научных рейсах непосредственно с борта судна, и оценок тех же параметров, полученных в результате спутниковых наблюдений, является важной темой в науке. Дистанционные наблюдения позволяют наблюдать долговременную изменчивость, в то время как данные полученные в научном рейсе, являются более достоверными, поскольку у них отсутствуют искажения, связанные с пространственно-временным осреднением. В работе проанализированы данные судовых наблюдений 126 станций из 6 рейсов, выполненных в период с 2000 по 2011 года в центральной и западной частях Японского моря. В качестве данных судовых наблюдений используются концентрация хлорофилла-а и температура, а в качестве данных спутниковых наблюдений – концентрация хлорофилла-а, температура поверхности моря и коэффициент диффузного ослабления света на длине волны 490 нм из баз данных NASA Ocean Color, Climate Change Initiative Ocean Colour (CCI OC) и Global High Resolution Sea Surface Temperature (GHRSST). Целью данной работы является восстановление первичной продукции фитопланктона с помощью модели ТОИ (Тихоокеанского океанологического института) по спутниковым и судовым данным и сравнение их между собой. На всех станциях рассчитана первичная продукция по данной модели двумя способами: с использованием только судовых и только спутниковых данных. Так как корреляция между двумя разными оценками первичной продукции получилась низкой, то был проведен анализ параметров модели, который показал, что ошибка лежит в неправильном интегрировании поверхностной концентрации хлорофилла-а, полученной с использованием спутниковых наблюдений, по глубине для восстановления концентрации хлорофилла-а в слое фотосинтеза. Показано, что на интегрирование концентрации хлорофилла-а по глубине сильно влияет расположение его максимума: попадает ли максимум в тот слой воды, в котором спутниковое оборудование может произвести измерения. Также показано, что корреляция поверхностной концентрации хлорофилла-а и поверхностной температуры по спутниковым и судовым данным имеет высокую степень и является значимой. Работа содержит 3 главы, введение, заключение и список литературы, состоящий из 28 источников, 11 из которых на английском языке. Объем работы: 56 страниц текста, содержит 17 рисунков, 6 таблиц и одно приложение.

The comparison of the characteristics, which were obtained during scientific marine cruises by the ship and the estimates of the same parameters, which were obtained using satellite observations, is an important topic in science for today. Remote sensing gives us an opportunity to observe long-term variability, while the data, which are obtained during scientific marine cruises, are more reliable, because this type of data doesn’t have any distortions associated with spatial and temporal averaging. In this work we analyze the data of the ship observations in 126 stations from 6 scientific marine cruises, which were done from 2000 to 2011 in the central and western parts of the Japan sea. For ship data we use the concentration of chlorophyll-a and the temperature. For the same stations we use next satellite data: chlorophyll-a concentration, sea surface temperature, and diffuse attenuation coefficient at a wavelength 490 nm. The sources of satellite data are NASA Ocean Color, Climate Change Initiative Ocean Colour (CCI OC), and Global High Resolution Sea Surface Temperature (GHRSST). The goal of this work is to retrieve the primary production of phytoplankton by the POI model (Pacific Oceanological Institute) using satellite and ship data and comparing them with each other. At all stations the primary production by this model is calculated in two ways: using only ship data and only satellite data. The correlation between two different estimates of primary production was low. That’s why we did an analysis of the model’s parameters. It showed that the incorrect integration of the satellite surface chlorophyll-a concentration was the cause of the error. Also we showed that the integration of the chlorophyll-a concentration from surface to depth is strongly affected by the location of its maximum: whether the maximum is located into the water layer, where satellite equipment is able to make measurements. And we showed that the correlation between the surface chlorophyll-a concentration and the surface temperature derived from satellite and ship data is high and significant. The work contains 3 chapters, an introduction, a conclusion, and a list of references, which consists of 28 sources, 11 sources of references are in English language. Structure of this work: 56 text pages, which are contain 17 figures, 6 tables and 1 appendix.