|
|
Связи с белым диском. Наибольшее количество связей различных биооптических характеристик в водах Черного моря установлено с глубиной видимости белого диска Zб.
Основными факторами, определяющими величину Zб, являются показатели ослабления направленного света ε и вертикального ослабления дневного света α↓
 , |
где C – коэффициент пропорциональности.
Оптические характеристики ε и α↓ зависят от концентрации, находящихся в воде минеральной и органической взвеси и растворенных органических веществ, что отражается на глубине видимости белого диска. В свою очередь, с оптическими характеристиками ε и α↓ связаны параметры светового поля. Так, толщина эвфотического слоя Hэвф зависит от величины α↓. Величины индекса цвета и коэффициента яркости моря зависят от соотношения величин σ↑ (показатель рассеяния света назад) и κ (показатель поглощения), которые являются составляющими показателя ослабления ε = κ + σ, где σ = σ↑ + σ↓. В таблице 3.4 приведены параметры эмпирических связей Zб с оптическими и биологическими характеристиками поверхностных вод Черного моря по [47].
Таблица 3.4
Параметры связи биооптических характеристик вод Черного моря с величиной Zб
| Уравнение связи Y = f (Zб) | Длина волны, нм | Пределы изменения | СКО | r | |
| Y | X | ||||
 |
422 | 0,10 – 0,93 | 4,5 – 27,0 | 0,07 | 0,80 |
 |
525 | 0,00 – 0,09 | 7,0 – 18,0 | 0,02 | 0,76 |
 (март-апрель) |
400 – 700 | 23,0 – 38,0 | 7,0 – 17,5 | 2,80 | 0,71 |
 (июль-сентябрь) |
400 – 700 | 22,0 – 49,0 | 7,0 – 17,0 | 5,80 | 0,54 |
 |
- | 0,02 – 79,0 | 1,0 – 27,0 | 0,33 | -0,85 |
 |
- | 0,70 – 2700 | 1,0 – 24,0 | 0,37 | -0,85 |
 |
- | 22,0 – 3580 | 1,0 – 24,0 | 0,28 | -0,77 |
 |
- | 0,12 – 1390 | 0,2 – 29,0 | 0,24 | -0,97 |
 |
- | 470 – 560 | 3,0 – 40,0 | - | -0,89 |
 |
- | 2 – 12 | 5,0 – 40,0 | - | -0,93 |
Примечание:
|
В работе [30] были установлены соотношения между глубиной видимости белого диска Zб и глубинами эвфотической зоны Hэвф и зоны фотосинтеза Hф-синт.
Весной 1988 г.
 |
Летом 1989 г.
 |
Значительное уменьшение коэффициента пропорциональности для Hф-синт летом по сравнению с весной связано с влиянием образующегося летом мутного слоя в сезонном термоклине (глубина его залегания больше Zб), в котором показатель вертикального ослабления солнечного излучения значительно увеличивается. В то же время весной наблюдается довольно однородное распределение прозрачности воды по глубине.
Связи с эффективной длиной волны спектра яркости моря. Высокоинформативным параметром светового поля является эффективная длина волны для спектра яркости моря λэфф. В таблице 3.5 приведены коэффициенты связи λэфф, рассчитанные по спектрам коэффициента яркости, измеренным в диапазоне 400–700 нм, с показателями: поглощения направленного света κ(λ) и вертикального ослабления дневного света α↓(λ). Районы измерений: Черное и Средиземное моря, Атлантический океан [48]. Параметры связи, приведенные в таблице 3.5, получены для высот солнца более 45° в водах с величинами 464 < λэфф < 521 нм.
Таблица 3.5
Связь эффективной длины волны λэфф с показателем поглощения направленного
света κ(λ) и показателем вертикального ослабления дневного света α↓(λ)
| λ, нм | lg α↓(λ) = A(λ) + B(λ)λэфф | lg κ↓(λ) = A(λ) + B(λ)λэфф | ||||
| –A(λ) | B(λ)·102 | r | –A(λ) | B(λ)·102 | r | |
| 410 | 13,24 | 2,52 | 0,97 | 13,91 | 2,64 | 0,97 |
| 420 | 13,23 | 2,52 | 0,97 | 13,81 | 2,62 | 0,98 |
| 430 | 13,18 | 2,51 | 0,98 | 13,77 | 2,61 | 0,98 |
| 440 | 13,06 | 2,48 | 0,98 | 13,48 | 2,55 | 0,98 |
| 450 | 12,49 | 2,36 | 0,97 | 12,83 | 2,41 | 0,98 |
| 460 | 12,39 | 2,33 | 0,97 | 12,57 | 2,35 | 0,97 |
| 470 | 12,19 | 2,29 | 0,97 | 12,45 | 2,32 | 0,97 |
| 480 | 11,77 | 2,20 | 0,97 | 11,87 | 2,20 | 0,97 |
| 490 | 11,33 | 2,11 | 0,97 | 11,30 | 2,08 | 0,96 |
| 500 | 10,43 | 1,93 | 0,96 | 10,41 | 1,90 | 0,96 |
| 510 | 8,95 | 1,63 | 0,95 | 8,85 | 1,60 | 0,95 |
| 520 | 8,11 | 1,46 | 0,94 | 7,83 | 1,39 | 0,94 |
| 530 | 7,70 | 1,38 | 0,93 | 7,42 | 1,31 | 0,93 |
| 540 | 7,07 | 1,25 | 0,92 | 6,74 | 1,17 | 0,92 |
| 550 | 6,30 | 1,10 | 0,90 | 5,93 | 1,01 | 0,91 |
| 560 | 5,60 | 0,96 | 0,88 | 5,20 | 0,96 | 0,89 |
| 570 | 5,12 | 0,87 | 0,86 | 4,84 | 0,80 | 0,88 |
| 580 | 4,62 | 0,78 | 0,84 | 4,28 | 0,70 | 0,85 |
| 590 | - | - | - | 4,30 | 0,72 | 0,86 |
По величине λэфф могут быть определены также следующие параметры [48]. Толщина эвфотического слоя для фотосинтетически активной радиации (r = 0,96)
 . |
Концентрация хлорофилла в поверхностном слое моря (r = 0,91)
 . |
Концентрация суммарной взвеси в поверхностном слое моря (r = 0,80)
 . |
Связь концентрации взвеси с показателями ослабления направленного света и рассеяния света. Содержание взвеси в воде может быть определено по измерению показателя ослабления в длинноволновой области спектра, где вариации ε обусловлены главным образом вариациями содержания взвеси. Для вод Черного моря в таблице 3.6 приведены параметры связи концентрации взвеси с показателем ослабления на разных длинах волн по [49].
Таблица 3.6
Параметры связи концентрации взвеси Cвзв, мг/л
с показателем ослабления ε(λ), 1/м вида Cвзв = A(λ)ε(λ) + B(λ)
| λ, нм | A(λ | B(λ) | S(y/x) | r |
| 625 | 3,02 | -0,31 | 0,074 | 0,890 |
| 640 | 3,40 | -0,42 | 0,083 | 0,861 |
| 660 | 3,45 | -0,52 | 0,085 | 0,848 |
| 677 | 3,48 | -0,60 | 0,091 | 0,830 |
По измерениям показателя рассеяния в направлении углов 1, 6 и 45 градусов можно рассчитать численную N (млн./л) и весовую C (мг/м3) концентрации трех различных фракций взвеси с диаметрами частиц: 2,0–30,0 мкм; 1,0–2,0 мкм, 0,4–1,0 мкм. Соответствующие формулы по [50] таковы
 |
В работе [20] показана применимость данных формул для вод Черного моря.
Расчет вертикального ослабления квантовой облученности в области ФАР по измерениям подводной облученности на одной длине волны. Для вод Черного моря в [29] получена формула, связывающая квантовую облученность на разных глубинах Q(350–700)Z с облученностью на длине волны 520 нм. Такая длина волны рекомендована потому, что в данной спектральной области показатель вертикального ослабления дневного света α↓(λ) в водах Черного моря минимален и коэффициент его корреляции с облученностью в области ФАР наиболее высок.
 . |
Для очень мутных вод Черного моря в [29] рекомендовано использовать наблюдения подводной облученности на длине волны 554 нм, так как минимум α↓(λ) в таких водах наблюдается в данной спектральной области.
Рассчитать квантовую облученность поверхности моря можно, измерив облученность пиранометром P(350–3000), проградуированным в абсолютных единицах Вт/м2 [29].
 . |
Для этой цели можно также использовать измерения освещенности моря люксметром [51].
 , |
где 1мкЭ(микроЭйнштейн) = 6,023·1017.
Связь спектральных показателей вертикального ослабления дневного света. Показатели вертикального ослабления солнечного излучения в различных участках спектра в водах Черного моря могут быть определены по величине α↓(525) [32]. Параметры регрессий приведены в таблице 3.7.
Таблица 3.7
Параметры спектральных регрессий для средних значений показателя вертикального
ослабления дневного света вида α↓(λ) = A(λ)α↓(525) + B(λ) в слое 0–30 м [32]
| Параметр | Длина волны λ, нм | |||||||
| 400 | 425 | 465 | 500 | 525 | 535 | 620 | 680 | |
| A(λ) | 3,161 | 2,657 | 1,917 | 1,370 | 1 | 0,935 | 3,680 | 6,250 |
| B(λ) | -0,120 | -0,100 | -0,077 | -0,077 | 0 | 0,012 | -0,033 | -0,060 |
| r | 0,994 | 0,997 | 0,998 | 0,997 | 1 | 0,999 | 0,833 | 0,537 |
Связь глубины залегания пограничного мутного слоя с гидрологическими и химическими характеристиками. Глубина залегания пограничного мутного слоя Z(ПМС) связана с вертикальным распределением плотности воды и с глубиной появления в водах моря сероводорода Z(H2S).
По результатам наблюдений в Черном море в период 1975–1995 гг. в разных его районах и в разные сезоны установлено, что пограничный мутный слой располагается на изопикнах, варьирующих в пределах σt = 15,85 ÷ 16,31 единиц, со средней величиной σt = 16,00 и стандартным отклонением S = 0,19 [38].
Между величинами Z(ПМС) и Z(H2S) связь выражается соотношением [38]
 . |
Коэффициент корреляции r = 0,95, стандартная ошибка определения Z(H2S) по уравнению регрессии S = 6,5 м. При измерениях пределы изменения величин составили: Z(ПМС) = 95 ÷ 180 м, Z(H2S) = 105 ÷ 195 м.
|
|