Sławomir Sagan

Drobnoskalowa zmienność właściwości optycznych
wód w relacji z problemami teledetekcja morza
Sławomir Sagan
• Skale zmienności czasowej i przestrzennej procesów w morzu
• Od obrazu satelitarnego do informacji
• Identyfikacja skal zmienności właściwości optycznych wód
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Skale przestrzenne i czasowe procesów w morzu vs
możliwości obserwacyjne z platform
Dickey T.D., Lewis, M., Chang G., 2006, Rev. Geophys., 44, 1
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Zdjęcia ‘true colour’ (RGB)
08/2006
S.Sagan, IOPAN
05/2010
Sopot, 15/02/2011
Zdjęcia z przetworzoną informacją
o składnikach wody morskiej
Koncentracja chlorofilu
X  f ( Rrs )
S.Sagan, IOPAN
Koncentracja substancji zawieszonych
f bb
Rrs 
Q a  bb
Sopot, 15/02/2011
Od zdjęcia do informacji
Pomiary kalibracyjne i walidacyjne in situ :
- pomiary referencyjne punktowe
- arbitralnie ustalona siatka stacji
- niejednoczesny pomiaru wielkości
wchodzących w skład algorytmów RS
- relatywnie długi czas trwania pomiarów
S.Sagan, IOPAN
+ +
+ +
+ +
Sopot, 15/02/2011
Od zdjęcia do informacji
Problem:
jaka jest optymalna odległość/czas
pomiędzy kolejnymi sondowaniami
by uzyskać obraz zbliżony do
rzeczywistych zmian ?
jakie są charakterystyczne
skale czasowe i przestrzenne
obserwowanej zmienności ?
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Aparatura pomiarowa, metodyka
a)
b)
pomiary ciągłe w ruchu statku
pomiary ciągłe na statku zakotwiczonym
•
•
•
•
•
Współczynniki osłabiania, absorpcji i rozpraszania światła (ac9, WetLabs)
Radiacja oddolna, radiacja i oświetlenie odgórne (TriOS )
Fluorescencja CDOM (TriOS )
CTD (SeaBird SB49)
Rozkład rozmiarów cząstek 0-100 um, (LISST 100X, Sequoia Sci.,)
Maks. rodzielczość czasowa:
S.Sagan, IOPAN
1s
Sopot, 15/02/2011
Aparatura pomiarowa, metodyka
Pomiary w ruchu statku
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Obraz satelitarny a obserwacje in situ
Satelita:
rozdzielczość: 250 m – 1km
Niewiadomy rozkład przestrzenny badanej
wielkości wewnątrz obszaru piksela
A.P. Martin, 2003, Progr. Oceanog. 57
In situ:
Rozdzielczość przestrzenna: 2-5 m
S.Sagan, IOPAN
Rozdzielczość czasowa: 1 s
Sopot, 15/02/2011
Rezultaty obserwacji
Pomiar ciągły na statku zakotwiczonym
Współczynnik osłabiania światła, c(412 nm) do c(715 nm)
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Zmiana właściwości optycznych wody a reflektancja zdalna
0.050
[m -1]
c(555nm)
R rs(555nm)
3.0
0.042
2.5
0.038
2.0
0.034
0.046
1.5
R rs
max
a)
3.5
c(555nm)
4.0
0.030
1.0
132
min
134
136
138
140
142
144
146
148
150
152
154
156
158
0.026
162
160
Czas [min]
3.8
b)
max
min
1.2
-1
1.4
Wspł. rozpraszania światła [m ]
-1
Wspł. absorpcji światła [m ]
1.6
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
350
400
450
500
550
600
650
700
750
3.4
c)
max
min
3.0
2.6
2.2
1.8
1.4
1.0
350
400
450
Długość fali światła, [nm]
500
550
600
0.07
0.05
max
min
d)
Rrs
0.03
0.01
350
650
Długość fali światła, [nm]
700
750
Przykład istotnych zmian
właściwości optycznych wody jakie
zaszły przeciągu ok. 2 min,
pomiędzy lokalizacjami czasowymi
ozn. jako ‘max’ i ‘min’ (a) oraz
odpowiadające im widma
współczynników absorpcji (b) i
rozpraszania światła (c) oraz
obliczone widma reflektancji (d).
St. ZN2 w rejonie ujścia Wisły.
400
450
500
550
600
650
700
750
Długość fali św iatła, [nm]
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Metodyka badań
Rejestrowane szeregi czasowe i
przestrzenne są niestacjonarne i
silnie intermitentne
S.Sagan, IOPAN
Analiza falkowa
Sopot, 15/02/2011
Rezultaty badań
Analiza falkowa
[m]
[m]
Ujście Wisły, na kotwicy, st. ZN2a, dt=16s, v=5cm/s, dx=0.8m
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011
Zmienność przestrzenna i czasowa a ‘optimal sampling distance’
Wielkości dominujacych skal przestrzennej (czasowej) zmienności
właściwości optycznych wód
Ujście Wisły:
5-30 m
Zat. Gdańska: 200-500 m
Bałtyk:
1-10 km,
=> kilka – kilkanaście minut
=> kilkadziesiąt minut – godziny
=> kilkadziesiąt godzin
Rekomendacje:
• spójność przestrzenna i czasowa gromadzonych danych
• preferowane obszary działań walidacyjnych.
Dalsze prace:
Uogólnienie ustalonych dotychczas statystycznych prawidłowości
S.Sagan, IOPAN
Sopot, 15/02/2011