1.1.6. Спектральные характеристики
показателя ослабления направленного света

Спектральное распределение показателя ослабления света зависит от содержания в воде взвешенных и растворенных веществ. Возрастание величин ПОС в целом по спектру отражает увеличение содержания в воде взвеси. При возрастании в воде концентрации желтого вещества (ЖВ), сильнее поглощающего излучение в коротковолновой области, рост ПОС в этой части спектра идет быстрее и его форма характерно изменяется. В водах с низкой концентрацией ЖВ коротковолновое «крыло» спектра опущено и величины ПОС в нем значительно ниже, чем в длинноволновом, при высокой концентрацией ЖВ оно поднимается и может быть выше длинноволнового «крыла». При этом происходит смещение спектрального окна прозрачности воды в длинноволновую область.

В таблице 1.5 и на рис. 1.42 приведены примеры спектрального распределения ПОС в различных водах Черного моря в марте–апреле 1995 г. (33-й рейс «Профессор Колесников»). Измерения производились в пробах воды прозрачномером [12]. Окно спектральной прозрачности (минимум ПОС) во всех водах, кроме северо-западного шельфа, находится в районе 506 нм, а на северо-западном шельфе оно смещено в длинноволновую область и приходится на длину волны 547 нм, что является следствием высокой концентрации ЖВ в его водах.

Таблица 1.5

Спектральное распределение ПОС в водах Черного моря (апрель 1995 г.)

λ, нм	Показатель ослабления направленного света, 1/м
	1	2	3	4	5	6
	H = 0 м 45°50' с.ш. 32°45' в.д. Zб = 4,5 м	H = 0 м 43°30' с.ш. 31°45' в.д. Zб = 17,5 м	H = 90 м 43°30' с.ш. 31°20' в.д.	H = 135 м 44°40' с.ш. 32°15' в.д.	H = 0 м 44°24' с.ш. 33°42' в.д. Zб = 11,0 м	H = 0 м 44°20' с.ш. 32°15' в.д. Zб = 15,0 м
416	0,513	0,211	0,105	0,278	0,266	0,223
432	0,474	0,189	0,095	0,264	0,241	0,210
468	0,409	0,149	0,046	0,216	0,195	0,153
490	0,408	0,140	0,045	0,214	0,193	0,143
506	0,403	0,135	0,043	0,205	0,182	0,143
527	0,402	0,140	0,047	0,210	0,184	0,150
547	0,391	0,140	0,048	0,210	0,185	0,151
567	0,394	0,146	0,052	0,210	0,186	0,152
587	0,411	0,167	0,073	0,226	0,209	0,168
610	0,441	0,206	0,120	0,269	0,253	0,219
625	0,462	0,231	0,140	0,287	0,271	0,242
640	0,456	0,231	0,144	0,287	0,274	0,242
677	0,508	0,278	0,195	0,332	0,321	0,284

Примечание: 1 – северо-западный шельф; 2 – центральная область западного циклонического круговорота; 3 – в промежуточном прозрачном слое; 4 – мутный слой в редокс-зоне; 5 – в основном Черноморском течении; 6 – в Севастопольском антициклоническом вихре.

В таблице 1.6 и на рис. 1.43 приведены примеры спектрального распределения ПОС в водах Черного моря, измеренные в мае 1998 г. (2-й рейс НИС «Горизонт») и, для сравнения, спектры ПОС в водах Эгейского, Левантийского и Мраморного морей, измеренных в том же рейсе. В водах Черного моря в ОЧТ и западном циклоническом круговороте, величины ПОС были выше, чем в тех же структурах весной 1995 г., но окно спектральной прозрачности также наблюдалось при 506 нм. В водах Мраморного моря, также как и на северо-западном шельфе Черного моря (табл. 1.5), минимум ПОС находился на 547 нм. В высокопрозрачных водах Эгейского и Левантийского морей минимум ПОС наблюдался в более коротковолновой области спектра: 490 нм и 468 нм соответственно.

Таблица 1.6

Спектральное распределение ПОС на поверхности
в Эгейском (1), Мраморном (2), Леванта (3) и Черном (4, 5) морях в мае 1998 г.

λ, нм	Показатель ослабления направленного света, 1/м
	1	2	3	4	5
	39°39' с.ш. 25°27' в.д. Zб = 26 м	40°46' с.ш. 27°47' в.д.	35°15' с.ш. 29°15' в.д. Zб = 33 м	42°08' с.ш. 30°34' в.д.	44°15' с.ш. 34°00' в.д. Zб = 10 м
416	0,101	0,493	0,076	0,246	0,318
432	0,096	0,448	0,071	0,226	0,294
468	0,078	0,445	0,045	0,188	0,240
490	0,072	0,399	0,046	0,187	0,237
506	0,078	0,378	0,046	0,186	0,231
527	0,081	0,390	0,053	0,190	0,227
547	0,089	0,364	0,062	0,194	0,226
567	0,096	0,384	0,068	0,186	0,221
587	0,116	0,389	0,094	0,218	0,234
610	0,168	0,427	0,148	0,260	0,293
625	0,203	0,454	0,170	0,292	0,313
640	0,196	0,444	0,174	0,289	0,314
677	0,237	0,518	0,221	0,338	0,356

В августе 1991 г. были проведены измерения спектральных характеристик ПОС в Севастопольской бухте – таблица 1.7. Форма спектров при различных значениях прозрачности воды по белому диску Z_б показана на рис. 1.44. Для вод с Z_б = 1,5 м (район впадения Черной речки) и Z_б = 3,5 м (район около Павловского мыса) спектры показывают очень высокую концентрацию ЖВ в воде: в коротковолновой части спектра ( λ = 416 нм) величины ПОС значительно выше, чем в длинноволновой ( λ = 677 нм), а окно спектральной прозрачности находится в районе λ = 625 ÷ 640 нм.

Таблица 1.7

Спектральное распределение ПОС в водах Севастопольской бухты
(август 1991 г.) при разных значениях глубины видимости белого диска

λ, нм	Показатель ослабления направленного света, 1/м
	Черная речка, Zб = 1,5 м	Траверз Инженерной бухты, Zб = 3,5 м	Траверз Артиллерийской бухты, Zб = 5,5 м	Выход из Севастопольской бухты, Zб = 7,5 м
416	1,34	0,97	0,60	0,38
432	1,33	0,96	0,58	0,36
468	1,26	0,93	0,47	0,28
490	1,23	0,92	0,43	0,28
506	1,17	0,90	0,42	0,27
527	1,16	0,89	0,40	0,27
547	1,14	0,88	0,40	0,29
567	1,11	0,85	0,39	0,30
587	1,09	0,84	0,41	0,31
610	1,07	0,83	0,44	0,33
625	1,03	0,82	0,45	0,34
640	1,03	0,80	0,46	0,34
677	1,04	0,81	0,53	0,38

В 1989–1990 гг. в южном отделении ИО РАН выполнен цикл измерений в прибрежных водах (разрезы до 25 миль от берега) в районе между Новороссийском и Геленджиком [13, 14]. В таблице 1.8 и на рис. 1.45 приведены результаты измерений спектральных характеристик ПОС в пробах воды, отбиравшихся с поверхности и в промежуточном, наиболее прозрачном, слое вод в весенний и зимний периоды. В поверхностных водах в весенний период при цветении фитопланктона показатели ослабления были значительно выше, чем зимой, особенно в коротковолновой области спектра, а минимум на спектре наблюдался на 585 нм (зимой он был на 535 нм). В промежуточном слое сезонные изменения незначительны и проявились лишь в небольшом увеличении ПОС зимой. Окно спектральной прозрачности в промежуточном слое наблюдалось на 502 нм, то есть там же, как и в западной глубоководной части моря, где оно находилось на 506 нм (табл. 1.5).

Таблица 1.8

Осредненные по сезонам спектры ПОС в районе между Геленджиком и
Новороссийском. Измерения в 1989–1990 гг. на разрезах до 25 миль от берега

λ, нм	Показатель ослабления направленного света, 1/м
	Поверхностные воды, H = 1 м		Прозрачный слой вод на глубине H = 60 ÷ 120 м
425	0,324	0,420	0,106	0,116
460	0,276	0,380	0,092	0,080
502	0,260	0,345	0,078	0,070
535	0,258	0,330	0,080	0,072
560	0,260	0,320	0,088	0,084
585	0,276	0,315	0,118	0,108
605	0,314	0,345	0,164	0,146
630	0,334	0,350	0,190	0,180
670	0,368	0,390	0,224	0,216

Уникальные данные о спектральном распределении показателя ослабления света в глубинных сероводородных водах и в придонном однородном слое получены в 21-м рейсе НИС «Витязь» [15]. Во избежание замутнения проб (в результате реакции содержащегося в них сероводорода с кислородом воздуха) заполнение кюветы прозрачномера водой из батометра производилось в атмосфере гелия. В таблице 1.9 и на рис. 1.46 приведены спектры ПОС для глубин 500 м, 1500 м и 2000 м (придонный однородный слой).

Таблица 1.9

Спектральное распределение ПОС в глубинных водах восточной
части моря и в придонном гидрологически однородном слое (2000 м)

λ, нм	Показатель ослабления направленного света, 1/м
	500 м	1500 м	2000 м
425	0,127	0,139	0,199
460	0,061	0,080	0,140
502	0,035	0,050	0,100
535	0,040	0,047	0,096
560	0,040	0,050	0,094
585	0,059	0,076	0,120
605	0,110	0,130	0,170
630	0,140	0,140	0,191
670	0,179	0,191	0,229
684	0,220	0,240	0,280

Для решения ряда океанографических задач необходимо знать спектральный вклад в показатель ослабления света отдельных оптически активных компонентов, содержащихся в морской воде

,

где ε(λ)_мв – показатель ослабления направленного света морской водой; κ(λ)_чв, κ(λ)_жв, κ(λ)_хл, κ(λ)_дт – показатели поглощения чистой водой, желтым веществом, хлорофиллом и детритом; σ(λ)_чв, σ(λ)_м.взв, σ(λ)_кр.взв – показатели рассеяния чистой водой, мелкой (минеральной) и крупной (органической) взвесью.

В таблице 1.10 приведен спектральный вклад отдельных компонентов в показатель ослабления для поверхностных вод глубоководной области Черного моря, отличающихся величиной ПОС(527), рассчитанных в [16] по модели, не учитывающей поглощение света минеральной взвесью, которое считается незначительным.

Таблица 1.10

Спектральный вклад (%) в ПОС отдельных компонентов морской среды
в разных типах поверхностных вод глубоководных районов Черного моря

λ, нм	Вклад в ε(λ)мв, %						εэксп, 1/м	εмод, 1/м
	κчв	κжв	κхл	σчв	σм.взв	σкр.взв
ПОС(527) = 0,11 ÷ 0,13
416	3,46	33,05	2,44	1,13	50,93	8,99	0,214	0,196
432	3,72	28,26	3,37	1,08	53,60	9,98	0,182	0,175
468	4,99	19,38	3,19	0,96	59,16	12,32	0,130	0,138
490	7,33	14,85	2,48	0,88	60,94	13,53	0,126	0,124
506	11,44	12,25	1,21	0,80	60,29	14,01	0,115	0,119
527	18,31	9,80	0,59	0,68	56,69	13,94	0,118	0,118
547	22,98	7,99	0,41	0,59	54,04	14,00	0,117	0,116
567	29,38	6,29	0,38	0,49	49,87	13,59	0,134	0,118
587	46,72	4,05	0,33	0,34	37,76	10,80	0,153	0,147
610	62,36	2,38	0,25	0,22	26,73	8,07	0,189	0,195
625	65,76	1,91	0,24	0,19	24,31	7,59	0,212	0,206
640	67,84	1,58	0,25	0,17	22,81	7,36	0,214	0,211
677	75,25	0,87	0,63	0,11	17,15	5,99	0,248	0,255
ПОС(527) = 0,13 ÷ 0,15
416	3,06	29,92	2,68	1,00	43,39	19,96	0,226	0,222
432	3,24	25,25	3,65	0,94	45,07	21,86	0,197	0,201
468	4,23	16,86	3,36	0,82	48,45	26,28	0,149	0,163
490	6,14	12,76	2,58	0,74	49,28	28,51	0,146	0,148
506	9,56	10,50	1,26	0,67	48,61	29,41	0,142	0,142
527	15,32	8,41	0,61	0,57	45,77	29,32	0,141	0,141
547	19,22	6,85	0,42	0,49	43,60	29,42	0,148	0,139
567	24,68	5,41	0,40	0,41	40,42	28,68	0,151	0,141
587	40,56	3,61	0,36	0,30	31,63	23,56	0,166	0,170
610	55,98	2,19	0,28	0,20	23,15	18,20	0,204	0,217
625	59,39	1,77	0,27	0,17	21,18	17,23	0,227	0,228
640	61,43	1,47	0,28	0,15	19,93	16,75	0,232	0,233
677	69,27	0,82	0,72	0,10	15,24	13,86	0,274	0,277
ПОС(527) = 0,15 ÷ 0,17
416	2,84	28,36	2,89	0,92	32,47	32,51	0,240	0,239
432	2,98	23,68	3,89	0,86	33,37	35,23	0,215	0,218
468	3,80	15,46	3,50	0,74	35,08	41,42	0,166	0,181
490	5,45	11,56	2,66	0,66	35,27	44,41	0,160	0,167
506	8,45	9,47	1,29	0,59	34,61	45,59	0,155	0,161
527	13,50	7,56	0,63	0,50	32,50	45,31	0,160	0,160
547	16,87	6,13	0,43	0,43	30,84	45,30	0,160	0,158
567	21,66	4,85	0,41	0,36	28,58	44,14	0,164	0,161
587	36,29	3,29	0,37	0,27	22,80	36,98	0,181	0,190
610	51,22	2,04	0,30	0,18	17,07	29,20	0,225	0,238
625	54,51	1,66	0,28	0,16	15,67	27,73	0,246	0,248
640	56,44	1,38	0,30	0,14	14,75	27,00	0,250	0,253
677	64,37	0,78	0,78	0,09	11,41	22,58	0,296	0,298
ПОС(527) = 0,17 ÷ 0,19
416	2,57	26,15	2,95	0,84	34,74	32,75	0,260	0,264
432	2,68	21,73	3,96	0,78	35,54	35,31	0,236	0,242
468	3,40	14,09	3,54	0,66	37,09	41,22	0,188	0,203
490	4,87	10,52	2,68	0,59	37,22	44,12	0,182	0,187
506	7,56	8,63	1,31	0,53	36,60	45,38	0,177	0,180
527	12,14	6,92	0,64	0,45	34,53	45,32	0,178	0,178
547	15,21	5,64	0,44	0,39	32,87	45,46	0,181	0,176
567	19,63	4,48	0,42	0,33	30,62	44,52	0,182	0,177
587	33,47	3,10	0,39	0,24	24,86	37,95	0,200	0,206
610	48,10	1,96	0,31	0,17	18,95	30,52	0,238	0,253
625	51,40	1,59	0,30	0,15	17,46	29,10	0,256	0,263
640	53,35	1,33	0,32	0,13	16,48	28,40	0,261	0,268
677	61,45	0,76	0,84	0,09	12,87	23,99	0,305	0,312
ПОС(527) = 0,19 ÷ 0,21
416	2,36	24,60	3,10	0,77	28,64	40,53	0,287	0,288
432	2,45	20,28	4,13	0,71	29,07	43,37	0,262	0,266
468	3,06	12,95	3,63	0,59	29,89	49,88	0,207	0,226
490	4,35	9,60	2,73	0,52	29,79	53,01	0,203	0,209
506	6,73	7,86	1,33	0,47	29,22	54,39	0,198	0,202
527	10,80	6,30	0,65	0,40	27,55	54,30	0,200	0,200
547	13,52	5,12	0,44	0,35	26,19	54,38	0,203	0,197
567	17,47	4,07	0,42	0,29	24,42	53,32	0,204	0,199
587	30,24	2,86	0,40	0,22	20,14	46,15	0,223	0,228
610	44,26	1,84	0,33	0,16	15,63	37,79	0,261	0,275
625	47,44	1,50	0,32	0,14	14,45	36,15	0,280	0,285
640	49,31	1,25	0,33	0,12	13,66	35,33	0,284	0,290
677	57,38	0,73	0,89	0,08	10,78	30,15	0,330	0,334
ПОС(527) = 0,21 ÷ 0,23
416	2,12	22,50	3,11	0,69	35,34	36,25	0,314	0,321
432	2,19	18,52	4,13	0,63	35,81	38,72	0,289	0,297
468	2,73	11,82	3,63	0,53	36,79	44,50	0,231	0,252
490	3,89	8,78	2,74	0,47	36,73	47,39	0,226	0,234
506	6,05	7,21	1,33	0,42	36,17	48,81	0,218	0,225
527	9,77	5,82	0,66	0,36	34,34	49,05	0,221	0,221
547	12,30	4,76	0,45	0,31	32,81	49,37	0,223	0,217
567	15,99	3,81	0,43	0,27	30,79	48,72	0,221	0,218
587	28,10	2,71	0,41	0,21	25,77	42,80	0,235	0,245
610	41,79	1,77	0,35	0,15	20,32	35,62	0,273	0,291
625	44,99	1,46	0,34	0,13	18,87	34,22	0,293	0,301
640	46,9	1,22	0,35	0,11	17,89	33,54	0,292	0,305
677	55,1	0,71	0,96	0,08	14,25	28,90	0,339	0,348
ПОС(527) = 0,23 ÷ 0,25
416	1,99	21,49	3,14	0,65	35,89	36,84	0,334	0,341
432	2,05	17,65	4,17	0,59	36,28	39,26	0,308	0,317
468	2,56	11,22	3,65	0,49	37,13	44,95	0,243	0,270
490	3,64	8,33	2,75	0,44	37,04	47,81	0,243	0,250
506	5,66	6,84	1,34	0,40	36,49	49,27	0,233	0,241
527	9,15	5,54	0,66	0,34	34,71	49,61	0,236	0,236
547	11,53	4,53	0,45	0,29	33,20	49,99	0,237	0,232
567	15,02	3,63	0,44	0,25	31,22	49,44	0,234	0,232
587	26,63	2,61	0,42	0,19	26,35	43,80	0,250	0,259
610	39,98	1,72	0,36	0,14	20,99	36,81	0,286	0,304
625	43,14	1,42	0,35	0,12	19,53	35,44	0,304	0,314
640	45,03	1,19	0,37	0,11	18,54	34,78	0,304	0,318
677	53,23	0,70	1,00	0,08	14,86	30,15	0,349	0,360
ПОС(527) = 0,25 ÷ 0,27
416	1,85	20,38	3,21	0,60	34,55	39,40	0,360	0,367
432	1,90	16,67	4,24	0,55	34,80	41,84	0,332	0,342
468	2,35	10,53	3,69	0,45	35,39	47,59	0,267	0,293
490	3,34	7,80	2,77	0,40	35,21	50,49	0,262	0,273
506	5,19	6,41	1,35	0,36	34,68	52,02	0,253	0,262
527	8,41	5,19	0,67	0,31	33,01	52,42	0,257	0,257
547	10,59	4,24	0,46	0,27	31,59	52,85	0,255	0,252
567	13,82	3,41	0,44	0,23	29,75	52,34	0,254	0,252
587	24,74	2,47	0,43	0,18	25,36	46,83	0,270	0,279
610	37,59	1,65	0,37	0,13	20,44	39,82	0,304	0,324
625	40,66	1,36	0,36	0,12	19,07	38,44	0,323	0,333
640	42,49	1,14	0,38	0,10	18,12	37,77	0,320	0,337
677	50,60	0,68	1,04	0,07	14,63	32,99	0,368	0,379