Цвет океана - Ocean color

Для более широкого освещения этой темы см. Цвет воды.
Эта статья о радиометрии цвета океана и ее приложениях. Для группы см. Цветная сцена океана.
В этом MODIS изображение Карибское море, вода кажется голубой, потому что молекулы воды рассеивают солнечный свет. Недалеко от Багамские острова, более светлые цвета морской волны обозначают мелководье, где солнечный свет отражается от песка и рифов у поверхности.

«Цвет» океан определяется взаимодействия инцидента свет веществами или частицами, присутствующими в воде. белый Солнечный свет состоит из спектр длин волн (около 400–700 нм), на которых капли воды рассеивать в непрерывный спектр из "радуга Цвета. Большое количество воды, даже в бассейне, тоже будет синим.

Когда свет падает на поверхность воды, разные цвета поглощаются, пропускаются, рассеиваются или отражаются с разной интенсивностью посредством молекулы воды и другие так называемые оптически активные компоненты в приостановка в верхнем слое (называемом эпипелагическим или фотическая зона ) океана. Причина того, что воды открытого океана кажутся синими в ясный полдень, связана с поглощение и рассеяние света. Длины волн синего цвета рассеяны, подобно рассеянию синий свет в небе, но поглощение является гораздо большим фактором, чем рассеяние для чистой воды океана. В воде поглощение сильное в красном и слабое в синем, поэтому красный быстро поглощается в океане, оставляя синий. Почти весь солнечный свет, попадающий в океан, поглощается, за исключением очень близких к побережью. Волны красного, желтого и зеленого цветов поглощаются молекулами воды в океане.

Когда солнечный свет попадает в океан, часть света напрямую отражается обратно, но большая его часть проникает через поверхность океана и взаимодействует с молекулами воды, с которыми сталкивается. Волны красного, оранжевого, желтого и зеленого цветов поглощаются, поэтому оставшийся свет, который мы видим, состоит из более коротких длин волн синего и фиолетового цветов.

Любые частицы, взвешенные в воде, увеличивают рассеяние света. В прибрежных районах, сток из рек; ресуспензия песка и ил снизу приливы, волны и штормы; и ряд других веществ могут изменить цвет прибрежных вод. Некоторые типы частиц могут также содержать вещества, которые поглощают свет определенных длин волн, что изменяет его характеристики. Например, микроскопический морской водоросли, называется фитопланктон, обладают способностью поглощать свет в синей и красной областях спектра благодаря особым пигментам, таким как хлорофилл. Соответственно, когда концентрация фитопланктона в воде увеличивается, цвет воды смещается в сторону зеленой части спектра. Мелкие минеральные частицы, такие как осадок поглощают свет в синей части спектра, в результате чего вода приобретает коричневатый оттенок при большом количестве наносов.

Самым важным светопоглощающим веществом в океанах является хлорофилл, который фитопланктон использует для производства углерода путем фотосинтез. Хлорофилл, зеленый пигмент, заставляет фитопланктон преимущественно поглощать красную и синюю части светового спектра и отражать зеленый свет. Районы океана с высокой концентрацией фитопланктона имеют оттенки сине-зеленого цвета в зависимости от типа и плотности популяции фитопланктона в них. Основной принцип дистанционного зондирования цвета океана из космоса заключается в том, что чем больше фитопланктона в воде, тем она зеленее.

Есть и другие вещества, растворенные в воде, которые также могут поглощать свет. Поскольку вещества обычно состоят из органического углерода, исследователи обычно называют их окрашенное растворенное органическое вещество.

История

Дистанционное зондирование цвета океана из космоса началось в 1978 году с успешного запуска НАСА Цветной сканер прибрежной зоны (CZCS). Несмотря на то, что CrZCS была экспериментальной миссией, рассчитанной на один год, датчик продолжал генерировать ценные временные ряды данных на выбранных испытательных участках до начала 1986 года. Прошло десять лет, прежде чем стали доступны другие источники данных о цвете океана с помощью запуск других датчиков, в частности датчика с широким полем зрения на море (SeaWiFS ) в 1997 г. на борту НАСА Спутник SeaStar. Последующие датчики включали НАСА Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) на борту спутников Aqua и Tearra, визуализирующий спектрометр ЕКА MEdium Resolution (MERIS ) на борту своего экологического спутника Envisat. Недавно было запущено несколько новых датчиков цвета океана, в том числе бортовой монитор цвета Индийского океана (OCM-2). ISRO с Oceansat-2 спутник и корейский Геостационарный цветной тепловизор океана (GOCI), который является первым датчиком цвета океана, запущенным на геостационарный спутник, и комплект для визуализации видимого инфракрасного излучения Radiometer Suite (VIIRS ) на борту АЭС Суоми НАСА. В следующем десятилетии различные космические агентства планируют больше датчиков цвета океана.

Цветовая радиометрия океана и производные от нее продукты также считаются фундаментальными Основные климатические переменные как определено Глобальная система наблюдения за климатом. Наборы данных о цвете океана обеспечивают единственную глобальную синоптическую перспективу первичной продукции в океанах, давая представление о роли мирового океана в глобальном масштабе. цикл углерода.

Радиометрия цвета океана

Цветовая радиометрия океана - это технология и дисциплина исследования, касающаяся изучения взаимодействия между видимым электромагнитное излучение исходящие от солнца и водной среды. Обычно этот термин используется в контексте дистанционное зондирование наблюдения, часто производимые с орбиты Земли спутники. Используя чувствительные радиометры, такие как бортовые спутниковые платформы, можно тщательно измерить широкий спектр цветов, выходящих из океана. Эти измерения могут быть использованы для вывода важной информации, например: фитопланктон биомасса или концентрации другого живого и неживого материала, которые изменяют характеристики поступающего излучения. Мониторинг пространственной и временной изменчивости цветение водорослей от спутника, над большими морскими регионами вплоть до мирового океана, способствовал характеристике изменчивости морские экосистемы и является ключевым инструментом для исследования того, как морские экосистемы ответить на изменение климата и антропогенные возмущения.

Хлорофилл как заместитель фитопланктона

Цвет океана с июля 2002 по март 2017 - спутник NASA Aqua[1]

Визуализация справа, полученная с использованием данных из Спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) на борту НАСА Аква-спутник, показывает ежемесячную поверхность моря хлорофилл с июля 2002 г. по февраль 2016 г. Хлорофилл - это доверенное лицо за фитопланктон избыток. Фитопланктон микроскопический водоросли: морские первичные производители которые превращают солнечный свет в химическую энергию, которая поддерживает пищевая сеть океана. Более темные оттенки зеленого указывают на большее количество хлорофилла, большее количество фитопланктона, а более темные оттенки синего указывают на меньшее количество хлорофилла и меньшее количество фитопланктона. Белый цвет представляет собой модовое значение хлорофилла в мировом океане.[1]

Как и растения на суше, фитопланктону для цветения нужен солнечный свет и питательные вещества. Основным источником питательных веществ в океане является холодная глубокая океанская вода, которая выходит на поверхность и называется апвеллинг. Циркуляция океана и атмосферы определяет, где поднимаются питательные вещества. Области апвеллинга и, следовательно, продуктивности фитопланктона включают субполярные круговороты, вдоль экватора, вдоль западного побережья материков, вдоль западного побережья граничные токи (например., Гольфстрим ) и у островов. К другим источникам поступления питательных веществ на поверхность океана относятся сток с суши и атмосферное отложение минералов (например, пустынная пыль ).[1]

Цветение фитопланктона модели меняются с краткосрочными погодными системами (например, прохождение тропических штормов), с сезонами и с долгосрочными климатическими моделями, такими как Эль-Ниньо. Подобные спутниковые данные о цвете океана позволяют ученым изучать глобальное распределение фитопланктона, что имеет решающее значение для понимания различий между долгосрочными тенденциями, вызванными естественными колебаниями и антропогенными изменениями климата (т. Е. потепление океана, стратификация, закисление ).[1]

Приложения

Данные о цвете океана являются жизненно важным ресурсом для широкого спектра оперативных прогнозов и океанографических исследований, наук о Земле и связанных приложений, а также во многих областях социальной выгоды, определенных Группа по наблюдениям за Землей. Вот несколько примеров некоторых способов использования данных о цвете океана и связанных типов данных.

  • Система прогнозирования вредоносного цветения водорослей: The Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) Вредно Цветение водорослей Система прогнозирования использует данные о цвете океана в сочетании с метеорологическими данными и полевыми пробами для прогнозирования развития и перемещения вредоносных цветений водорослей (обычно называемых «красными приливами») в Мексиканском заливе.
  • Связь методов ведения сельского хозяйства с цветением фитопланктона: Данные о цвете океана показывают, что, когда мексиканские фермеры добавляют удобрения на поля, удобрения стекают в океан и вызывают рост фитопланктона в Калифорнийском заливе.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Временной ряд цвета океана НАСА Гиперволл, 17 марта 2016 г. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.

внешняя ссылка