ON THE DEVELOPMENT OF THE REGIONAL ALGORITHM FOR EUPHOTIC LAYER DEPTH OF LAKE TELETSKOYE FROM IN SITU MEASUREMENTS OF OPTICAL CHARACTERISTICS PROFILES IN AUGUST 2023

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The euphotic layer depth (Zeu) is one of the key parameters of an aquatic ecosystem, in particular a lake. Due to various reasons, namely the high temporal variability of illumination, the influence of the ship's position relative to the incident sunlight and, finally, measurements at low sun heights, the use of direct measurements of the photosynthetically active radiation profile is limited. Therefore, the development of regional algorithms for determining Zeu, free from the disadvantages listed above, is a promising direction. In this paper, various options for this approach are analyzed, namely: two methods of retrieving the lower boundary of the euphotic zone based on measurements of three types of profiles (the light attenuation index in the long-wavelength region of the spectrum, organic matter fluorescence, and chlorophyll-a fluorescence) in the entire euphotic and upper quasi-homogeneous layers, respectively, are proposed and tested. With a total variability of the euphotic layer depth from 8 to 16 m, both methods give approximately the same result with a relative error of 10–15% when using the light attenuation index and organic matter fluorescence profiles (or their combination with other profiles). The worst result with a relative error of 50–100% was recorded when using the chlorophyll-a fluorescence profiles.

About the authors

V. V Suslin

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Email: slava.suslin@mhi-ras.ru
Sevastopol, Russia

O. B Kudinov

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Sevastopol, Russia

A. A Latushkin

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Sevastopol, Russia

E. N Korchemkina

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Sevastopol, Russia

I. A Sutorikhin

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Sevastopol, Russia

V. V Kirillov

Marine Hydrophysical Institute of RAS

Sevastopol, Russia

O. V Martynov

Marine Hydrophysical Institute of RAS; Institute for Water and Environmental Problems, Siberian Branch of RAS

Email: OVMARTYNOV@gmail.com
Sevastopol, Russia; Barnaul, Russia

References

  1. Акулова О.Б., Букатый В.И., Марусин К.В. Пространственная изменчивость гидрооптических характеристик Телецкого озера // Тр. КарНЦ РАН. Сер. Лимиология и океанология. 2019. № 3. С. 16–27. https://doi.org/10.17076/lim947
  2. Акулова О.Б., Букатый В.И., Вагнер А.А. и др. Фотосинтетически активная солнечная радиация в Телецком озере в период открытой воды // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2022. № 4 (126). С. 11–17. https://doi.org/10.14258/jzvasut(2022)4-01
  3. Биология моря / Под ред. А.Л. Верещака. М.: Науч. мир, 2003. 190 с. ISBN 5-89176-210-2
  4. Комплекс гидробиофизический мультипараметрический погружной автономный “КОНДОР”. https://ecodevice.com.ru/ecodevice-catalogue/multiturbidimeter-kondor (дата обращения: 11.09.2024)
  5. Кудинов О.Б., Ли М.Е. Регистрация флюоресценции фитопланктона с использованием экспериментального зондирующего измерителя // Фундаментал. приклад. гидрофизика. 2023. Т. 16. № 4. С. 116–128.
  6. Латушкин А.А., Салюк П.А., Суслин В.В., Мартынов О.В. Региональный алгоритм расчета толщины фотического слоя из вертикального профиля показателя ослабления направленного света на примере северо-западной части моря Уэдделла // Океанология. 2023. Т. 63. № 4. С. 628–633. https://doi.org/10.31857/S0030157423040081
  7. Маньковский В.И., Соловьев М.В., Маньковская Е.В. Гидрооптические характеристики Черного моря. Севастополь: МИ НАН Украины, 2009. 90 с.
  8. Селесей В.В., Селесей Т.С. Телецкое озеро. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 142 с.
  9. Суслин В.В., Кудинов О.Б., Латушкин А.А., Сутрокин И.А., Киршов В.В., Мартынов О.В. Особенности профилей показателя ослабления направленного света на длине волны 660 нм в Телецком озере: экспедиция в августе 2023 года // Тр. “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXX Международного симпозиума”. Томск: ИОА СО РАН, 2024. 1 CD-ROM. C5-C11. ISBN 978-5-94458-200-3
  10. Суслин В.В., Кудинов О.Б., Латушкин А.А., Сутрокин И.А., Киршов В.В., Мартынов О.В. Взаимосвязь биооптических характеристик Телецкого озера на разных горизонтах по результатам экспедиции в августе 2023 года // Тр. “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXX Международного симпозиума”. Томск: ИОА СО РАН, 2024. 1 CD-ROM. C12-C16. ISBN 978-5-94458-200-3
  11. Суслин В.В., Кудинов О.Б., Латушкин А.А., Сутрокин И.А., Киршов В.В., Мартынов О.В. Региональный алгоритм определения слоя зоны фотосинтеза Телецкого озера по данным измерений профилей оптически активных веществ в августе 2023 года // Тр. “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXX Международного симпозиума”. Томск: ИОА СО РАН, 2024. 1 CD-ROM. C17-C24. ISBN 978-5-94458-200-3
  12. Суслин В.В., Латушкин А.А., Кудинов О.Б., Суторихин Н.А., Кирилов В.В., Мартынов О.В. Слой фотосинтеза по данным измерений профиля фотосинтетически активной радиации Телецкого озера в августе 2023 года: региональные особенности // Тр. “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXX Международного симпозиума”. Томск: ИОА СО РАН, 2024. 1 CD-ROM. C25-C31. ISBN 978-5-94458-200-3
  13. Суслин В.В., Кудинов О.Б., Корчевский Е.Н., Латушкин А.А., Суторихин Н.А., Кирилов В.В., Мартынов О.В. Спектральные свойства вертикального распределения горизонтальной облученности в Телецком озере: август 2023 года // Тр. “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXX Международного симпозиума.” Томск: ИОА СО РАН, 2024. 1 CD-ROM. C32-C39. ISBN 978-5-94458-200-3
  14. Чурилова Т.Я., Суслин В.В., Кривенко О.В. и др. Спектральный подход к оценке скорости фотосинтеза фитопланктона в Черном море по спутниковой информации: методологические аспекты развития региональной модели // Журн. Сиб. федер. ун-та. Сер. Биология. 2016. Т. 9. № 4. С. 367–384. https://doi.org/10.17516/1997-1389-2016-9-4-367-384
  15. Chen J., Cui T., Ishizaka J., Lin Ch. A neural network model for remote sensing of diffuse attenuation coefficient in global oceanic and coastal waters: Exemplifying the applicability of the model to the coastal regions in Eastern China Seas // Remote Sensing environ. 2014. V. 148. P. 168–177. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.02.019
  16. Churilova T.Y., Suslin V.V., Sosik H.M. A spectral model of underwater irradiance in the Black Sea // Phys. Oceanogr. 2009. V. 19. № 6. P. 366–378. https://doi.org/10.1007/s11110-010-9060-8
  17. Marine Optics / Ed. N.G. Jerlov. Amsterdam: Elsevier Sci. Publ. Company, 1976. 231 p.
  18. Liu X., Zhang Y., Shi K., Lin J., Zhou Y., Qin B. Determining critical light and hydrologic conditions for macrophyte presence in a large shallow lake: The ratio of euphotic depth to water depth // Ecol. Indicators. 2016. V. 71. P. 317–326. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.07.012
  19. Majozj N.P., Salama Mhd. Subyb, Bernard S., Harper D.M., Habe M. Ghirmai. Remote sensing of euphotic depth in shallow tropical inland waters of Lake Naivasha using MERIS data // Rem. Sens. Environ. 2014. V. 148. P. 178–189. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.03.025
  20. Ronald J., Zanevell V., Spinrad R.W., Bartz R. Optical properties of turbidity standards // Proc. SPIE 0208, Ocean Optics VI, (26 March 1980). https://doi.org/10.1117/12.958272
  21. Roy S., Das B.S. Estimation of euphotic zone depth in shallow inland water using inherent optical properties and multispectral remote sensing imagery // J. Hydrol. 2022. V. 612. Pt C. 128293. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128293
  22. Shi K., Zhang Y., Liu X., Wang M., Qin B. Remote sensing of diffuse attenuation coefficient of photosynthetically active radiation in Lake Taihu using MERIS data // Rem. Sens. Environ. 2014. V. 140. P. 365–377. https://doi.org/10.1016/j.rse.2013.09.013
  23. Simon A., Shanmugam P. Estimation of the spectral diffuse attenuation coefficient of downwelling irradiance in inland and coastal waters from hyperspectral remote sensing data: Validation with experimental data // Int. J. Applied Earth Observation Geoinformation. 2016. V. 49. P. 117–125. https://doi.org/10.1016/j.jag.2016.02.003
  24. Suslin V.V., Kudinov O.B., Korchemskina E.N., Latushkin A.A., Sutorikhin I.A., Kirillov V.V., Martynov O.V. Spectral properties of the horizontal irradiance vertical distribution in Lake Teletskoye in August 2023: processing methodology and regional features // Limnol. Freshwater Biol. 2024. № 5. P. 1253–1266. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2024-A-5-1253

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences